基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

工作時(shí)實(shí)驗(yàn)室各工位的采集儀均可選擇電池或墻上電源供電，且各終端和協(xié)調(diào)器都通過USB射頻模塊進(jìn)行ZigBee角色的配置。需要說明的是，之所以不將每個(gè)傳感器作為終端節(jié)點(diǎn)是因?yàn)檫@樣做需要為每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配置A／D轉(zhuǎn)換模塊，不利于利用原有設(shè)備，且增加成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。在不需進(jìn)行無線聯(lián)網(wǎng)時(shí)，仍可直接將采集儀通過USB接口接入各工位PC機(jī)，然后按傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
可以看出，這一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在不需要改動(dòng)原有設(shè)備的前提下，只要增加兩個(gè)射頻模塊(其中協(xié)調(diào)器端可在市場(chǎng)直接采購(gòu)ZigBee USB Dongle模塊)就可以實(shí)現(xiàn)無線化擴(kuò)展，其升級(jí)成本低。它兼顧了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，更重要的是因?yàn)槠湟苿?dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，如果采集儀采用電池供電，其實(shí)驗(yàn)空間甚至可擴(kuò)展到野外，這與國(guó)外學(xué)校教學(xué)中流行的探究性實(shí)驗(yàn)的開展模式相符，這也是本文改進(jìn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)所在。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)
2．1 采集儀的設(shè)計(jì)與工作過程
由之前的分析可知，改造的關(guān)鍵之處在于采集儀的設(shè)計(jì)，采集儀通過ZigBee射頻模塊①以終端節(jié)點(diǎn)的形式加入ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。它采用ST公司基于Cortex-M3核的STM32F103R6T6處理器，可選擇電池或墻上電源供電，可方便地進(jìn)行移動(dòng)式測(cè)量，如圖3所示。該處理器本身具有：1個(gè)USB接口，2個(gè)12位的ADC，20 KBSRAM，128KB FLASH等，這已經(jīng)可以滿足本采集儀的所有技術(shù)需求。由于STM32F103R6T6內(nèi)部自帶多路A／D轉(zhuǎn)換器，所以電路得到了極大簡(jiǎn)化。ZigBee RF無線芯片采用TI的CC2430，其內(nèi)部具有一個(gè)8051單片機(jī)專門用于ZigBee協(xié)議棧處理，工作在2．4GHz頻段，數(shù)據(jù)通信速率可達(dá)250Kh／s，可與STM32F103R6T6進(jìn)行方便的接口配接，其電路如圖4所示。