無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案
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圖7節(jié)點軟件流程
4 測試方法與數(shù)據(jù)
測試條件為：終端供電5 V。室溫為26 qc。下面進(jìn)行的是終端節(jié)點通信距離的測試。 終端、節(jié)點放置在同一水平面，在保證兩天線對準(zhǔn)的情況下，將距離分別設(shè)為1 em，9 cm。將節(jié)點A和B分別放在終端兩側(cè)，距離為10 cm，測試溫度，光照，編碼預(yù)置功能。測試結(jié)果如表1（均有預(yù)置編碼的功能，探測延遲3 s）。
下面進(jìn)行的是中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)測試。
將終端與節(jié)點A的距離沒為50 cm，兩者不能正常通信，將節(jié)點B插入到兩者中間，測試終端是否能夠正常識別2個節(jié)點，然后將A，B 2個節(jié)點互換，測試足否能正常識別。測試結(jié)果如表2所示。
表2測試記錄
再次測試最大轉(zhuǎn)發(fā)距離，當(dāng)A作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點時，最大轉(zhuǎn)發(fā)距離為66 cm，當(dāng)B作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點時，最大轉(zhuǎn)發(fā)距離為80 em。
最后進(jìn)行的是節(jié)點功耗測試。
保持D1+I）2=50 cm。測試轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點測試。
實測發(fā)現(xiàn)，2個節(jié)點都作為中繼的時候，最大的電流時3 mA，平均電流在2.4 mA。
5 測試結(jié)果分析
溫度、光照測量：溫度由于采用芯片內(nèi)集成溫度傳感器，可采用溫度計對溫度準(zhǔn)確度進(jìn)行測試。經(jīng)過算法補(bǔ)償，在23～40℃的范圍內(nèi)，溫度準(zhǔn)確度在2℃以內(nèi)。終端與節(jié)點的通信距離最遠(yuǎn)町達(dá)35 cm。節(jié)點實現(xiàn)r中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。節(jié)點的電流非常小，在3 mA以內(nèi)。
表1測試記錄環(huán)境監(jiān)測是指通過對影響環(huán)境質(zhì)量因素的代表值的測定，確定環(huán)境質(zhì)量（或污染程度）及其變化趨勢。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境檢測由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器與計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)f無線環(huán)境的檢測。本文中設(shè)計了一個尤線環(huán)境檢測系統(tǒng)，以MSP430F5438單片機(jī)為控制核心，實際制作一個終端和2個節(jié)點，終端能從節(jié)點獲取節(jié)點的環(huán)境溫度和光照信息，并且節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的功能。整個系統(tǒng)采用OOK調(diào)制方式，收發(fā)都使用一個天線，終端發(fā)射信號時。
將欲傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^串口輸出的電平控制本振的開斷從而實現(xiàn)OOK調(diào)制，后級使用丙類功放發(fā)射，接收端節(jié)點將天線上的信號進(jìn)行放大，然后倍壓檢波，通過自適應(yīng)比較器解調(diào)出數(shù)據(jù)，最后再向終端回傳環(huán)境信息。
1 總體方案設(shè)計
在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，終點和節(jié)點都需要一個主控芯片進(jìn)行處理。主芯片選用MSP430F5438系列單片機(jī)。在信號調(diào)制方面采用了OOK（On.Off Keying）調(diào)制方案。在高頻功放方面，采用了分立元件自制戊類放大器使用NEC公司的產(chǎn)品2SC3355做功放管。最后確定通信協(xié)議方案選擇，設(shè)計思想足由檢測終端發(fā)起一次信息阿步傳輸，所有的節(jié)點根據(jù)自己的編號在不同的時隙發(fā)送信息，中繼節(jié)點自行搜索判斷。通過一系列的選擇和設(shè)汁，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)整體方案框圖
系統(tǒng)以MSP430F5438單片機(jī)作為終端和節(jié)點的主控芯片，光照探測由光敏電阻來實現(xiàn)，溫度可由單片機(jī)內(nèi)部自帶的溫度傳感器得到。，數(shù)據(jù)的調(diào)制、接收采用串口通信，使用I／O口來控制天線的收發(fā)模式。
2 系統(tǒng)的理論分析與計算
2.1 發(fā)射機(jī)的電路分析與設(shè)計
本地振蕩采用lO.7 M諧振器以及74HC00構(gòu)成的皮爾斯振蕩器，同時通過門級電路還可以增大對后級丙放的驅(qū)動功率，而串121也可以通過與非門來調(diào)制信號。
實際測量5圈，直徑為3.4 em的線圈，在lO.7 MHz下測量得到電感量為1.553 uH，Q值為156。在lO.7 MHz時的損耗電阻為：
得到r=0.669，所以在并聯(lián)諧振下等效電阻為：
2.2 開關(guān)狀態(tài)功放輸入輸出匹配
在節(jié)點上采用高效率的開關(guān)狀態(tài)功放，而終端也可以使用戊類放大。設(shè)定輸出功率為0.1 w。首先計算C3355的輸出阻抗，假設(shè)C3355的輸出功率為0.1 w，根據(jù)功放的最佳負(fù)載計算得到，我們的電源電壓為Vc=3 V，設(shè)Vce=0.1V，輸出功率Po=0.1 w，計算得出最佳輸出電阻為
R=
從C3355的datasheet上則三極管的輸出得到集電極的輸出電容，故假設(shè)輸出電容是15 pF，阻抗可等效為一個42Ω的電阻與一個15 pF左右的電容并聯(lián)。取集電極饋電線圈的電感為10 uH兼作為輸出的諧振同路，此時所需的諧振電容為22.12 pF，所以還需要在集電極到地接入一個（10～22.12）pF的電容，為了便于調(diào)諧，采用了一只5／35pF的可調(diào)電容，經(jīng)過這樣后，三極管輸出為42n的純阻，然后經(jīng)過一個42 Ω～16.3 kΩ的三階低通濾波器實現(xiàn)阻抗變換，并且使輸出波形平滑（濾掉載波的高次諧波）。
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