超低功耗糧倉無線實時監測系統設計
加入技術交流群
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、科學和醫學)頻道，頻道之間的轉換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，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的輸出功率發射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12．5 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。電路圖設計如圖3所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/161131.htm
1．2．3 傳感器模塊的設計
傳感器模塊采用美國DALLAS公司生產的DS18B20可組網數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與DS18B20的雙向通信。支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點測溫。在使用中不需要任何外圍元件。
1．3 通信協議的設計
通信協議的設計直接關系到節點壽命，它決定節點工作與休眠時間的長短。雖然改進的ESRP方案網絡的生存周期較長，但是考慮到糧倉中分布的傳感節點數目相對較少，以及并不需要頻繁進行數據的通信。文獻針對無線傳感器網絡路由協議進行了詳細研究得出結論，單路徑路由協議簡單，數據通信量少，有利于節省節點能量，但是其容錯性差和健壯性差。所以放棄以上方案。
本文系統對單路徑路由協議在TDMA的基礎上進行了改進，克服了容錯性差的缺點。節點設定為1 h進行一次溫度采集及數據傳輸，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點的通信時間，不同節點設定在不同時隙發送數據，在程序設計時人為設定好節點的休眠時間，等到它的工作時隙時喚醒，其他節點進入休眠，1 min后進入休眠，另一個節點被喚醒。這樣充分避開了同一時隙多個節點同時發送數據的發生。
該通信協議解決了數據傳送過程中出現多個節點響應的問題。在系統開始工作前，匯聚節點先發送一個同步信號，使所有的節點時隙同步，在節點不需要進行數據傳輸時進入休眠狀態，解決了接收不必要的數據過度監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點的使用壽命，通信協議在一個節點中的實現程序如下：
評論