熊辰念　閆東方

摘要：該文依據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了一種基于DS18B20溫度傳感器和nRF905射頻模塊的無(wú)線溫度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提出了一種節(jié)點(diǎn)編碼方式，并通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)將信息傳輸?shù)娇蛻舳耍蛻舳丝梢詿o(wú)線監(jiān)測(cè)不同區(qū)域內(nèi)溫度變化情況。

關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)；溫度傳感器；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線模塊；溫度監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）13-0053-02

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它通常包括匯聚節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)或衛(wèi)星，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)，即客戶端。用戶通過(guò)客戶端對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)和收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用在智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康中，例如將無(wú)線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)撒布在溫室大棚、森林、病房中，及時(shí)獲取相應(yīng)區(qū)域溫度變化，在有效實(shí)時(shí)防控災(zāi)害方面具有重大意義。因此本文依據(jù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了無(wú)線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

1 無(wú)線溫度傳感節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

1.1溫度采集模塊

本文依據(jù)設(shè)計(jì)需要，溫度測(cè)量精度要求為0.5 °C，因此本文選用DS18B20溫度傳感器[2]模塊，模塊的硬件電路圖如圖2所示

DS18B20溫度模塊特性

DS18B20的主要特征：①全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。②先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。③最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度。④12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒。

DS18B20引腳功能：GND-電壓地，DQ-單數(shù)據(jù)總線 、VDD-電源電壓

1.2 無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用需要，無(wú)線模塊[3-4]傳輸距離為500m左右，本文因此選用nRF905 芯片，它是單片射頻收發(fā)器。芯片工作電DC1.9～3.6V，工作在433/868/915MHz 三個(gè)ISM 頻段，頻段之間收發(fā)模式切換時(shí)<650us。引腳示意圖如圖3所示。

數(shù)據(jù)傳輸接口由SCK、MISO、MOSI以及 CSN組成。

模式控制接口：控制低功耗的PWR_UP、控制正常工作TX_EN、選擇發(fā)送還是接受方式的TRX_CE，在nRF905無(wú)線收發(fā)模塊應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題是頻率配置寄存器內(nèi)容，頻率配置寄存器包括10個(gè)二進(jìn)制位，如表1所示，

頻率計(jì)算公式如下：

其中是射頻信號(hào)頻率，單位為MHZ， 是設(shè)置通道頻差參數(shù)，當(dāng)=0時(shí)，通道頻差100kHz，當(dāng)=1時(shí)，通道頻差200kHz，設(shè)置工作頻率參數(shù)，由9位二進(jìn)制位組成。

1.3 無(wú)線溫度傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

由于溫室大棚、育嬰室及孵化室24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控每一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置的溫度，節(jié)點(diǎn)需要低功耗微處理器，通過(guò)對(duì)比其他微處理器選用MSP430F123微處理器，使用電池盒為供電電源，圖4所示為節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖。

2 無(wú)線溫度傳感節(jié)點(diǎn)通訊

根據(jù)應(yīng)用要求本文所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)并不需要嚴(yán)格定位，只需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)視固定范圍內(nèi)的溫度變化，為了降低成本及簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)復(fù)雜程度，對(duì)普通節(jié)點(diǎn)編碼，即對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，匯聚節(jié)點(diǎn)不停地接受普通節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)并解碼，判斷節(jié)點(diǎn)號(hào)，如圖5所示，然后匯聚節(jié)點(diǎn)將溫度信息無(wú)線發(fā)送給客戶端，客戶端可以根據(jù)需要將相關(guān)信息發(fā)送到移送終端。同時(shí)也可以通過(guò)客戶端將命令信號(hào)發(fā)送給將匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)將命令發(fā)送到普通節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)與單一普通節(jié)點(diǎn)通信過(guò)程中是通過(guò)握手信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，即匯聚節(jié)點(diǎn)與單一普通節(jié)點(diǎn)通信時(shí)首先檢測(cè)是否是命令信號(hào)還是數(shù)據(jù)包信號(hào)，如果是數(shù)據(jù)包繼續(xù)發(fā)送，如果是命令信號(hào)停止發(fā)送數(shù)據(jù)包，配置節(jié)點(diǎn)。

3 上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)

客戶端上位機(jī)程序是在Visual Studio 2005環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，選用的畫圖控件是TeeChart Pro [5]。在開(kāi)發(fā)上位機(jī)繪圖軟件時(shí)需要安裝該控件，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。

在上位機(jī)溫度監(jiān)控界面開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要是對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)接收，然后把接收的數(shù)據(jù)通過(guò)控件中的AddXY函數(shù)顯示在監(jiān)控界面中，監(jiān)控界面如圖6所示。在監(jiān)控界面中可以設(shè)置監(jiān)控區(qū)域，并以不同的曲線代表不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域。如圖6所示是檢測(cè)區(qū)域1和區(qū)域2的溫度變化曲線。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)無(wú)線溫度傳感網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)溫度的無(wú)線收發(fā)。設(shè)計(jì)匯聚節(jié)點(diǎn)與普通節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通訊方式，并開(kāi)發(fā)上位機(jī)程序，最終能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控不同區(qū)域的溫度值，監(jiān)測(cè)溫度精度為0.5°。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，本文研究的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控系統(tǒng)能夠應(yīng)用在監(jiān)測(cè)半徑為500m的區(qū)域內(nèi)。

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