超低功耗糧倉無線實時監(jiān)測系統(tǒng)設計
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1．2．2 無線通信模塊的設計
無線通信模塊采用挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器nRF905。工作電壓為1．9～3．6 V，32引腳QFN封裝(5 mm×5 mm)，工作于433／868／915 MHz三個ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道，頻道之間的轉換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12．5 mA，內(nèi)建空閑模式與關機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。電路圖設計如圖3所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161131.htm
1．2．3 傳感器模塊的設計
傳感器模塊采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。它的工作電源為3～5 V DC，測溫范圍為-55～+125℃，固有測溫分辨率0．5℃。采用獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條接口線即可實現(xiàn)與DS18B20的雙向通信。支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。在使用中不需要任何外圍元件。
1．3 通信協(xié)議的設計
通信協(xié)議的設計直接關系到節(jié)點壽命，它決定節(jié)點工作與休眠時間的長短。雖然改進的ESRP方案網(wǎng)絡的生存周期較長，但是考慮到糧倉中分布的傳感節(jié)點數(shù)目相對較少，以及并不需要頻繁進行數(shù)據(jù)的通信。文獻針對無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議進行了詳細研究得出結論，單路徑路由協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)通信量少，有利于節(jié)省節(jié)點能量，但是其容錯性差和健壯性差。所以放棄以上方案。
本文系統(tǒng)對單路徑路由協(xié)議在TDMA的基礎上進行了改進，克服了容錯性差的缺點。節(jié)點設定為1 h進行一次溫度采集及數(shù)據(jù)傳輸，把時間分成60個離散時隙，每個時隙長度為1 min，這樣每個時隙長度遠遠大于每個節(jié)點的通信時間，不同節(jié)點設定在不同時隙發(fā)送數(shù)據(jù)，在程序設計時人為設定好節(jié)點的休眠時間，等到它的工作時隙時喚醒，其他節(jié)點進入休眠，1 min后進入休眠，另一個節(jié)點被喚醒。這樣充分避開了同一時隙多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)生。
該通信協(xié)議解決了數(shù)據(jù)傳送過程中出現(xiàn)多個節(jié)點響應的問題。在系統(tǒng)開始工作前，匯聚節(jié)點先發(fā)送一個同步信號，使所有的節(jié)點時隙同步，在節(jié)點不需要進行數(shù)據(jù)傳輸時進入休眠狀態(tài)，解決了接收不必要的數(shù)據(jù)過度監(jiān)聽造成能量過度消耗的問題，充分避免沖突，提高了信道的利用率以及節(jié)點的使用壽命，通信協(xié)議在一個節(jié)點中的實現(xiàn)程序如下：
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