无线传感器网络在车厢环境测控中的应用

摘　要: 介绍了用于客车室内环境检测的无线传感器网络的设计,讨论了传感器节点的温湿度、空气质量检测原理，电源特征和通信模式

1 引言
　　随着火车的不断提速，它业已成为越来越多的人们选择的出行交通工具，而人民生活水平的提高和对环境问题及健康问题的日益重视,车内空气品质状况受到越来越多关注。鉴于目前客车厢内环境测控系统不健全，而要对其改造和优化，多节点无线传感技术方兴未艾，如果将它运用到客车厢内环境的检测必将有广阔的前景。

2 系统概论
　　整个网络系统由若干无线传感器节点和监控主机两大部分组成，其中无线传感器节点分布于车厢内各个监测点，执行数据采集、预处理和传输等工作;监控主机放置在调度室,通过无线链路与传感器节点通信,对信号进行显示，输出控制信号。

3 硬件设计
　　3.1节点设计
　　温度传感器采用单片温度监控系统集成电路ＡＤ7416,其芯片内部包含有温度传感器和10位模数转换器,可将感应温度转换为0.25℃量化间隔的数字信号。测温范围-55～125℃,分辨力为0.25℃,精度为±2℃。湿度传感器采用集成ＩＨ3605,在电路内部完成了信号调理,输出为模拟电压信号。测量湿度的范围为0～100%ＲＨ,在25℃下,准确度为±2%ＲＨ,线性度为±0.5%ＲＨ。
　　
　　气体传感器阵列采用的是采用德国的ＧＧＡ系列气体传感器[1]，如下功能：　

　　它是集成了三种ＧＧＳ*000系列传感器和两个加热器的气体传感器阵列,每一个传感器阵列的输出信号是一个三维向量。

　　3．2 收发模块设计
　　TRF6900[2]是ＴＩ公司推出的单片射频收发器芯片,其内部集成了完整的发射和接收电路。它的工作频率范围为850～950MHz,供电电压范围为２．２Ｖ～３．６Ｖ,射频输出功率高达+５ｄＢｍ,而待机模式时的电流消耗仅在０．５μＡ～５μＡ之间,另外,这种收发器还具有ＦＭ／ＦＳＫ调制模式并采用三线制串行接口,因而可很方便地与微控制器相连接,可用于ＩＳＭ频段内的数据双向无线传输。满足一点对多点通信、低功耗要求和小巧灵活易安装的技术要求。

　　发射模块采用TI公司的MSP430[3]芯片，该微控制器是一种超低功耗的混合信号微处理器，其工作方式支持多种超低功耗和超低能耗的工作要求，延长节点电源供电的时间。
　　接收模块采用ATMEL的AT89051，它具有更为广泛的软硬件资源。

　　3．3 监控主机部分MCU外围设备都采用典型的输出显示电路本文不再赘述。

4.软件流程实现
　　系统的软件包括采集器部分的软件和数据显示储存终端软件两部份。采集终端软件包括TRF6900设置子程序、传感信号采集子程序、数据发送子程序三部分。假设系统工作在模式0，采用240MHz晶振，传播信号频率为904.01MHz，频宽为25KHz,设定倍频系数为N=256[4]。

　　4．1 TRF6900设置子程序
　　串行控制接口包括DATA、CLOCK、STROBE，负责对TFR6900内部四个可编程24比特控制字（A、B、C、D）的设置。在CLOCK的每一个上升沿，DATA引脚的逻辑值送入移位寄存器，当STROBE电平被抬高时，移位寄存器中的设定的参数被送入选定的控制寄存器。每个控制字的首部有2或3个比特的地址码，控制移位寄存器数据写入对应的控制字。

设置子程序源代码
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 ；启动TRF6900
；开始向移位寄存器发送数据
CLR STROBE
CLR CLOCK
TRSMIT: MOV A,@R0
MOV R7,#08H ；一字节＝8比特
SHIFT:RLC A ；将40～42H中的数据由高到低发送
MOV DATA,C
NOP ;延时1μs
SETB CLOCK
NOP
CLR CLOCK
DJNZ R7,SHIFT ； 发送完一字节数据，接着发送下一字节
INC R0
DJNZ R6,TRSMIT ； 全部数据送入移位寄存器
SETB STROBE ；抬高STROBE,将移位寄存器的值写入控制字A
；依次设置控制字B、C、D，方法同上
； ：
； ：
；所有的控制字设置完毕
CLR MODE ；设置TRF6900工作模式0

　　4．2 接收发送子程序


5结语
　　本系统稳定性好,通信效率高,实时有效地监控车内空气品质,有利于提高出行质量和改善健康状况。

参考文献：
[1]、杨建华 侯宏 王磊 刘福 基于集成气体传感阵列的电子鼻系统 《传感器技术》2003年第8期
[2]、 美国德州仪器公司TRF6900应用手册
[3]、 美国德州仪器公司MSP430应用手册
[4] 、熊磊 张鹏 姚冬苹 射频无线收发器TRF6900在铁路路基温度无线采集监控系统中的应用 《电子产品世界》2001第10期