基于無線傳感器網絡技術的傳感器實驗平臺設計

工作時實驗室各工位的采集儀均可選擇電池或墻上電源供電，且各終端和協調器都通過USB射頻模塊進行ZigBee角色的配置。需要說明的是，之所以不將每個傳感器作為終端節點是因為這樣做需要為每個節點都配置A／D轉換模塊，不利于利用原有設備，且增加成本和系統復雜度。在不需進行無線聯網時，仍可直接將采集儀通過USB接口接入各工位PC機，然后按傳統的實驗平臺架構進行實驗。
可以看出，這一實驗平臺在不需要改動原有設備的前提下，只要增加兩個射頻模塊(其中協調器端可在市場直接采購ZigBee USB Dongle模塊)就可以實現無線化擴展，其升級成本低。它兼顧了傳統實驗模式，更重要的是因為其移動性強的特點，如果采集儀采用電池供電，其實驗空間甚至可擴展到野外，這與國外學校教學中流行的探究性實驗的開展模式相符，這也是本文改進設計的目標所在。

2 實驗平臺的設計
2．1 采集儀的設計與工作過程
由之前的分析可知，改造的關鍵之處在于采集儀的設計，采集儀通過ZigBee射頻模塊①以終端節點的形式加入ZigBee無線網絡。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，可方便地進行移動式測量，如圖3所示。該處理器本身具有：1個USB接口，2個12位的ADC，20 KBSRAM，128KB FLASH等，這已經可以滿足本采集儀的所有技術需求。由于STM32F103R6T6內部自帶多路A／D轉換器，所以電路得到了極大簡化。ZigBee RF無線芯片采用TI的CC2430，其內部具有一個8051單片機專門用于ZigBee協議棧處理，工作在2．4GHz頻段，數據通信速率可達250Kh／s，可與STM32F103R6T6進行方便的接口配接，其電路如圖4所示。