無線傳感器網絡在車廂環境測控中的應用

摘　要: 介紹了用于客車室內環境檢測的無線傳感器網絡的設計,討論了傳感器節點的溫濕度、空氣質量檢測原理，電源特征和通信模式

1 引言
　　隨著火車的不斷提速，它業已成為越來越多的人們選擇的出行交通工具，而人民生活水平的提高和對環境問題及健康問題的日益重視,車內空氣品質狀況受到越來越多關注。鑒于目前客車廂內環境測控系統不健全，而要對其改造和優化，多節點無線傳感技術方興未艾，如果將它運用到客車廂內環境的檢測必將有廣闊的前景。

2 系統概論
　　整個網絡系統由若干無線傳感器節點和監控主機兩大部分組成，其中無線傳感器節點分布于車廂內各個監測點，執行數據采集、預處理和傳輸等工作;監控主機放置在調度室,通過無線鏈路與傳感器節點通信,對信號進行顯示，輸出控制信號。

3 硬件設計
　　3.1節點設計
　　溫度傳感器采用單片溫度監控系統集成電路ＡＤ7416,其芯片內部包含有溫度傳感器和10位模數轉換器,可將感應溫度轉換為0.25℃量化間隔的數字信號。測溫范圍-55～125℃,分辨力為0.25℃,精度為±2℃。濕度傳感器采用集成ＩＨ3605,在電路內部完成了信號調理,輸出為模擬電壓信號。測量濕度的范圍為0～100%ＲＨ,在25℃下,準確度為±2%ＲＨ,線性度為±0.5%ＲＨ。
　　
　　氣體傳感器陣列采用的是采用德國的ＧＧＡ系列氣體傳感器[1]，如下功能：　

　　它是集成了三種ＧＧＳ*000系列傳感器和兩個加熱器的氣體傳感器陣列,每一個傳感器陣列的輸出信號是一個三維向量。

　　3．2 收發模塊設計
　　TRF6900[2]是ＴＩ公司推出的單片射頻收發器芯片,其內部集成了完整的發射和接收電路。它的工作頻率范圍為850～950MHz,供電電壓范圍為２．２Ｖ～３．６Ｖ,射頻輸出功率高達+５ｄＢｍ,而待機模式時的電流消耗僅在０．５μＡ～５μＡ之間,另外,這種收發器還具有ＦＭ／ＦＳＫ調制模式并采用三線制串行接口,因而可很方便地與微控制器相連接,可用于ＩＳＭ頻段內的數據雙向無線傳輸。滿足一點對多點通信、低功耗要求和小巧靈活易安裝的技術要求。

　　發射模塊采用TI公司的MSP430[3]芯片，該微控制器是一種超低功耗的混合信號微處理器，其工作方式支持多種超低功耗和超低能耗的工作要求，延長節點電源供電的時間。
　　接收模塊采用ATMEL的AT89051，它具有更為廣泛的軟硬件資源。

　　3．3 監控主機部分MCU外圍設備都采用典型的輸出顯示電路本文不再贅述。

4.軟件流程實現
　　系統的軟件包括采集器部分的軟件和數據顯示儲存終端軟件兩部份。采集終端軟件包括TRF6900設置子程序、傳感信號采集子程序、數據發送子程序三部分。假設系統工作在模式0，采用240MHz晶振，傳播信號頻率為904.01MHz，頻寬為25KHz,設定倍頻系數為N=256[4]。

　　4．1 TRF6900設置子程序
　　串行控制接口包括DATA、CLOCK、STROBE，負責對TFR6900內部四個可編程24比特控制字（A、B、C、D）的設置。在CLOCK的每一個上升沿，DATA引腳的邏輯值送入移位寄存器，當STROBE電平被抬高時，移位寄存器中的設定的參數被送入選定的控制寄存器。每個控制字的首部有2或3個比特的地址碼，控制移位寄存器數據寫入對應的控制字。

設置子程序源代碼
MOV 40H,#25H ；40～42H存放控制字A的值
MOV 41H,#0AAH
MOV 42H,#0C6H
MOV R0,#40H
MOV R6,#03H
SETB STDBY ；啟動TRF6900
；開始向移位寄存器發送數據
CLR STROBE
CLR CLOCK
TRSMIT: MOV A,@R0
MOV R7,#08H ；一字節＝8比特
SHIFT:RLC A ；將40～42H中的數據由高到低發送
MOV DATA,C
NOP ;延時1μs
SETB CLOCK
NOP
CLR CLOCK
DJNZ R7,SHIFT ； 發送完一字節數據，接著發送下一字節
INC R0
DJNZ R6,TRSMIT ； 全部數據送入移位寄存器
SETB STROBE ；抬高STROBE,將移位寄存器的值寫入控制字A
；依次設置控制字B、C、D，方法同上
； ：
； ：
；所有的控制字設置完畢
CLR MODE ；設置TRF6900工作模式0

　　4．2 接收發送子程序


5結語
　　本系統穩定性好,通信效率高,實時有效地監控車內空氣品質,有利于提高出行質量和改善健康狀況。

參考文獻：
[1]、楊建華 侯宏 王磊 劉福 基于集成氣體傳感陣列的電子鼻系統 《傳感器技術》2003年第8期
[2]、 美國德州儀器公司TRF6900應用手冊
[3]、 美國德州儀器公司MSP430應用手冊
[4] 、熊磊 張鵬 姚冬蘋 射頻無線收發器TRF6900在鐵路路基溫度無線采集監控系統中的應用 《電子產品世界》2001第10期