據(jù)市場調(diào)研公司ABIResearch的報告,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)市場目前處于發(fā)展的初期階段,從2007年開始應(yīng)該逐漸展現(xiàn)其真正的潛力。許多WSN系統(tǒng)芯片被封裝在模塊之中,這些模塊可能含有額外的電路、堆疊網(wǎng)絡(luò)層軟件和天線。OEM可以利用這些器件使其產(chǎn)品支持WSN,而不必對射頻工程了解太多,也不需要進行廣泛的測試。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具有的眾多類型的傳感器,可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環(huán)境中多種多樣的現(xiàn)象。基于MEMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多個學(xué)科,是新興的交叉研究領(lǐng)域。它的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關(guān)注,被稱為二十一世紀最具影響的技術(shù)之一。工業(yè)自動化就是工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的,實現(xiàn)各種過程控制,在整個工業(yè)生產(chǎn)中,盡量減少人力的操作,而能充分利用動物以外的能源與各種資訊來進行生產(chǎn)工作,即稱為工業(yè)自動化生產(chǎn),而使工業(yè)能進行自動生產(chǎn)之過程稱為工業(yè)自動化。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺,能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息,并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點,以實現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標檢測與跟蹤,具有快速展開、抗毀性強等特點,有著廣闊的應(yīng)用前景。
本文將采用TI公司的CC1110芯片實現(xiàn)無線傳感器的終端節(jié)點、路由節(jié)點及網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)計。并實現(xiàn)了終端節(jié)點與傳感器節(jié)點的接口設(shè)計以及終端節(jié)點與本地的智能儀表或二次儀表之間的通信接口一個典型的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)示意圖,核心部分是低功耗的傳感器節(jié)點,網(wǎng)絡(luò)路由器和無線網(wǎng)關(guān)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點模塊直接和各種各樣的傳感器節(jié)點相連接,通過路由節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點把傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C,以進行進一步的數(shù)據(jù)處理。為了更方便地使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)把工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳遞出來,工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)增加了傳輸智能儀表數(shù)據(jù)的能力,大大增強了方案的靈活性。
多個傳感器可以和本地的智能儀表連接實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)的顯示等功能,并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點把智能儀表采集到的多個傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去,這樣就能夠大大減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點個數(shù),更有效地利用終端節(jié)點??梢娺@種方案在實際應(yīng)用中可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,靈活使用有線和無線的方案,使得系統(tǒng)配置更加靈活,能夠滿足對各種傳感器和二次儀表的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制命令,使得現(xiàn)有的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無線化。
硬件模塊主要分為終端節(jié)點發(fā)射模塊、路由器模塊、網(wǎng)關(guān)模塊三部分,如圖1所示。第一部分為終端節(jié)點模塊,由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、與其他單片機相連接的通信接口模塊和發(fā)射模塊組成。第二部分是路由器模塊,包括無線發(fā)射、單片機信號輸入與輸出電路。第三部分是無線網(wǎng)關(guān)模塊,包括無線信號接收與發(fā)射,無線接收與無線接收端與PC機的通信電路。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)最終都匯集到網(wǎng)關(guān)上,進而通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給上位機,所以網(wǎng)關(guān)和工業(yè)以太網(wǎng)的接口設(shè)計也非常重要。
2系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1終端節(jié)點設(shè)計
終端節(jié)點的核心是片上系統(tǒng)CC1110芯片,CC1110集成了支持315/433/868/915MHz射頻收發(fā)芯片,性能可達8倍標準8051性能的微處理器,以及32KB閃存、4KBRAM.芯片運行溫度范圍為-40℃~85℃,電壓為2.0~3.6V.能耗非常低,最低電流消耗為0.6μA,最大為31mA,而且可編程數(shù)據(jù)率范圍從1.2Kb/s-500Kb/s,特別適合傳送大批量數(shù)據(jù)[1-2].
無線傳感器的終端節(jié)點,終端節(jié)點模塊實現(xiàn)了三大功能:處理傳感器的數(shù)據(jù);與二次儀表通信,處理二次儀表的數(shù)據(jù);最后把相關(guān)的數(shù)據(jù)通過發(fā)送模塊發(fā)射出去。
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本文來源:東莞市中昊自動化科技有限公司
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