A/D变换器输出的Q0~Q3及DS1~DS4采用查询方式将千、百、十、个位数输入单片机,并将这4位数分别存入RAM中。输入的数据可以是正值或负值,这可根据千位的Q2来判断:Q2=1时,数据为正;Q2=0时,数据为负。通过软件来判别Q2是否为1,即可确定符号位的正负。由单片机程序控制,顺序地将符号位、千位、百位、十位、个位数逐位地通过单片机输出到无线通信芯片。单片机除了上述功能外,它还可以利用软件进行计算和数据处理,对非线性传感器进行校正,或对某些有规律的误差进行自动补偿,这样可充分发挥单片机的功能,并提高测量的精度。
3.1.4无线通信单元设计
无线通信模块采用Chipcon 公司的CC2420 作为该模块的核心器件。该芯片是符合IEEE802. 15. 4 规范、工作在2. 4 GHz ISM 公用频道的射频收发器[6]。该收发器低功耗、抗干扰能力强,具有输出强度和收发频率可编程等特点。一般相近两个节点间的通信距离为10 ~ 100 m,在加大无线发射功率后,可增加到1 ~ 3 km。其最大收发速率为250kbps。该芯片还具有硬件加密、抗邻频道干扰能力强、安全可靠、抗毁性强等特点。
由CC2420 实现物理层的数据收发和底层控制,通过SFD,FIFO,FIFOP 和CCA4 个引脚表示收发数据的状态; 处理器通过SPI接口与CC2420 交换数据、发送命令。CC2420通过简单的四线(SI、SO、SCLK、CSn)与SPI兼容串行接口配置,这时CC2420是受控的。AT89S53的SPI工作在主机模式,它是SPI数据传输的控制方,CC2420设为从机工作方式。AT89S53与CC2420引脚连接图如图2所示。
CC2420的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/ 输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分。CC2420可以通过4线SPI总线设置芯片的工作模式,并实现读/ 写缓存数据,读/ 写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP管脚接口的状态可设置发射/ 接收缓存器。CC2420通过SI引脚接收从单片机AT89S53输出的数据信号,并通过SO引脚把数据发送出去。
3.1.5接收显示电路设计
由译码器输出的符号位及4 位数据经BCD码--七段码译码器译码后,与十进制计数器配合(位控) ,进行动态扫描显示。本系统采用七段译码器4511及十进制计数器CD4017。通电后,当信号未传输时,MC145027译码器4位输出为0000,4017清零端R由输入一尖脉冲,使4017清零,个位数码管被选通,个位数码管显示出0,这是准备接受状态。当信号传输时,由通信程序控制,先输入符号,然后再依次输入千、百、十、个位数据。MC145027接收到符号位的数据后,VT由低电平变高电平,它与4017的输入端CL相连,VT的电平由低变高的信号使4017进位,由Q0高电平转换为Q1高电平,BG3导通,使符号位数码管显示,其余类推。
本设计的新型无线传感器遥测系统是针对有强电场、强磁场干扰且不便于近距离测量的场合而设计的,如果按照传统做法采用普通于电池供电,由于电池容量有限,电池漏电流的存在也将大大缩短电池的寿命,特别是在较潮湿的环境中使用而未采用一定保护措施,或电池本身的质量问题等造成电池的自身放电,节点也将由于能量耗尽而很快失效[7]。考虑到在核化污染区域环和气象环境中或多或少地总有直射光或反射光,这就使得利用太阳能对系统供电成为最佳方式。
3.2 软件设计
系统的软件程序采用了模块化的设计思想,单片机通信程序采用汇编语言编写,主要包括对传感程序的设计首先需要进行初始化,如设置中断、定时器、串行口的初始化,以及CC2420 的结构配置,如接收/ 发射模式、射频输出功率、加电/ 低功耗模式等器数据的采集和发送。A/D转换发送程序流程图在此不再赘述。
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