ZigBee技術(shù)在鋼鐵車間中的數(shù)據(jù)采集應用
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2 硬件電路設(shè)計
2．1 處理器模塊
本文的硬件采用JENNIC公司的JN5139芯片。作為JENNIC公司生產(chǎn)的業(yè)界領(lǐng)先的兼容于IEEE 802．15．4的低功耗Soc芯片，芯片集成了一個32位RISC處理器，可以做性能非常強大的MCU使用，其中包含了16 MHz的32位RISC CPU，同時內(nèi)含有96 kB RAM、192 kB ROM，4個輸入端口，2個比較器，12位的ADC，兩個11位DAC，2個應用級定時器／計數(shù)器，3個系統(tǒng)定時器，2個串口，其中有一個用于系統(tǒng)的在線調(diào)試。一個SPI接口，帶有5個片選線。同時含有一個2線串行接口。此MCU含有21個GPIO口，每個GPIO端口可通過軟件分別配置成輸入或輸出，并提供推挽式輸出或漏極開路輸出。本文采用的是對溫度和濕度數(shù)據(jù)量進行監(jiān)測，在實際中可在GPIO口外接各種煤氣的專用傳感器，從而實現(xiàn)對鋼鐵工廠里的環(huán)境量的全面監(jiān)測。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/155316.htm
JN5139模塊內(nèi)部電路圖如圖2所示，該模塊為開發(fā)人員提供了訪問JN5139芯片的全部數(shù)字和模擬接口能力，包括ADC、DAC、比較器、定時器、UART、串行口及GPIO。其I／O訪問確保模塊可以單獨使用，而不必增加額外的電路去實現(xiàn)許多低功耗無線系統(tǒng)所需要的功能。每一個模塊都配備了IEEE802．15．4 MAC層軟件或ZigBee網(wǎng)絡協(xié)議棧。
2．2 射頻部分
JN5139工作電壓為2．7～3．6V，模塊提供高達97dBm的接收敏感，大大提高了工作范圍，尤其是在多干擾源的惡劣環(huán)境中越顯強固，對載波的偏移和EVM有更大的容忍度。發(fā)射功率也增強到+3dBm。JNS139模塊是目前市面上唯一單芯片無線微控制器，擁有100dB Link budget，同時支持工業(yè)溫度標準及大工作電源電壓范圍。當產(chǎn)品在等待外在事件激發(fā)，并進入深層休眠方式的時候，芯片功耗僅400 nA，幾乎沒有消耗任何電力。若內(nèi)建芯片振蕩器和通信協(xié)議定時器啟動工作，休眠電流消耗也在2μA以下。這些休眠功耗方式與無線收發(fā)、通信協(xié)議軟件、硬件緊密地結(jié)合在單芯片無線微控制器上，滿足無線傳感器網(wǎng)絡的電池壽命要求。
內(nèi)建存儲器增加到192 kB ROM和96 kB RAM，可以充分發(fā)揮32位RISC單芯片處理機的超強運算能力，完美地實現(xiàn)了復雜的應用與ZigBee或其他mesh通信協(xié)定軟件的結(jié)合。芯片上的ROM已內(nèi)含多種軟件，包含全球首推IEEE802．15．4版本B的MAC層，支持多種不同廠家的EEPROM裝置，JN5139提供了IEEE 802．15．4B和ZigBee版本。
每個出廠的芯片皆有專屬唯一的網(wǎng)絡地址(MAC address)識別碼，如此可節(jié)省外接的Flash存儲器。另有256位一次可編程的只讀存儲器供客戶直接燒錄AES安全加密金鑰或其他專屬的識別碼。
2．3 數(shù)據(jù)采集模塊
節(jié)點的傳感器模塊部分主要包含有高精度溫濕度傳感器SHT10，SHT10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，采用LCC封裝，提供全量程標定的數(shù)字輸出。傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個敏感元件與一個14位的A／D轉(zhuǎn)換器，以及一個串行接口電路設(shè)計在同一個芯片上面。SHT10在25℃下，測濕精度為±4．5，測溫精度為±0．5℃。
該傳感器品質(zhì)卓越、響應快、抗干擾能力強、性價比高。每個傳感器芯片都在極為精確的恒溫室中進行標定，以鏡面冷凝式露點儀作為參照。通過標定得到的校準系數(shù)以程序形式存儲固化在芯片本身的OTP內(nèi)存中。通過兩線制的串行接口與內(nèi)部的電壓調(diào)整，使外圍系統(tǒng)集成變得快速而簡單。體積微小、功耗極低等優(yōu)點使其成為各類應用中的首選。
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