?系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) - 基于ZigBee的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2. 2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)所有ZigBee 節(jié)點(diǎn)都采用同樣的電路設(shè)計(jì)，通過(guò)寫入相應(yīng)的程序來(lái)完成不同功能。所有節(jié)點(diǎn)都是由JN5121-000-M02 模塊、RS-232 通信接口模塊、驅(qū)動(dòng)控制輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、模擬信號(hào)處理電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、電源處理模塊和太陽(yáng)能供電單元共同組成。

　　系統(tǒng)硬件框圖如圖1 所示。

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圖1 系統(tǒng)硬件

　　系統(tǒng)中的ZigBee 節(jié)點(diǎn)所采用的JN5121-000-M02模塊可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無(wú)線通信，在空曠地段通信距離超過(guò)1 000 m。系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)采用太陽(yáng)能供電單元供電，開(kāi)關(guān)電源為DC/DC MAX1837。模擬信號(hào)處理模塊具有通用的傳感器接口，無(wú)論是模擬信號(hào)，還是脈沖數(shù)字信號(hào)都能得到很好的處理，可以靈活地經(jīng)過(guò)設(shè)置接入具有標(biāo)準(zhǔn)輸出的傳感器。驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)脈沖電磁閥的開(kāi)閉控制。

　　2. 2. 1 JN5121-000-M02 模塊

　　2006 年，英國(guó)Jennic 公司開(kāi)發(fā)出集成了微處理器和無(wú)線收發(fā)器JN5121M0x 系列ZigBee 模塊，其中，JN5121-000-M02 模塊有一個(gè)電源放大器和低噪聲放大器，可加大通信距離。JN5121 無(wú)線收發(fā)器工作在2. 4 GHz 頻段，內(nèi)部有128 位AES 加密的安全處理器；可以進(jìn)行硬件處理MAC 地址加速和報(bào)文地址檢查，提升通信報(bào)文的產(chǎn)生速度，硬件處理報(bào)文自動(dòng)確認(rèn)以及報(bào)文的CRC 生成； 此外，模塊內(nèi)部集成了電源管理芯片和晶振休眠，可降低協(xié)同功耗。

　　2. 2. 2 RS-232 通信接口電路

　　通信芯片選用的是MAX3222。MAX3222 使用單一電源電壓Vcc，電壓值在3. 3 ～ 5. 5 V 范圍內(nèi)都能正常工作，額定電流為300 μA，可完成TTL 與RS-232 兩種電平之間的轉(zhuǎn)換。另外，它還可以通過(guò)

引腳控制驅(qū)動(dòng)器和接收器的工作狀態(tài)，啟動(dòng)或禁止自動(dòng)降低功能，使其工作在不同的能耗，從而達(dá)到降低功耗的目的。本系統(tǒng)MAX3222 的硬件連接電路如圖2所示。RXD0、TXD0、

引腳分別與JN5121 模塊的UART0相應(yīng)管腳和I /O 接口相連，RXD、TXD、CTS 分別連接到系統(tǒng)的RS-232 接線端子上，完成上位機(jī)通信以及JN5121 模塊的程序下載功能。

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圖2 MAX3222 硬件連接圖

　　2. 2. 3 驅(qū)動(dòng)控制輸出模塊

　　森林面積大且地形復(fù)雜，很難采用有線電源為系統(tǒng)供電，為此選用的電磁閥一般為脈沖式電磁閥。脈沖式電磁閥無(wú)需持續(xù)供電，通過(guò)瞬間的脈沖信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)電磁閥的開(kāi)關(guān)控制，非常適合在森林中應(yīng)用。脈沖式電磁閥的工作電壓為直流電壓12 ～ 40 V，它由三線制控制，分別為白線、紅線和黑線。白線為公共端接入線，當(dāng)白線和紅線之間產(chǎn)生一個(gè)12 V 以上的脈沖信號(hào)時(shí)，電磁閥打開(kāi)； 當(dāng)白線和黑線之間產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，電磁閥關(guān)閉。

　　2. 2. 4 存儲(chǔ)電路模塊

　　鐵存儲(chǔ)器（ FRAM） 是一種非易失性隨機(jī)存取儲(chǔ)存器，它既可以進(jìn)行非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，又可以像RAM一樣操作。在此，系統(tǒng)采用鐵存儲(chǔ)器FM25L256，它是具有先進(jìn)鐵電技術(shù)制造的32 kB 非易失性存儲(chǔ)器。

　　FM25L256 以總線速度進(jìn)行寫操作，無(wú)須延時(shí)，僅需幾百納秒； 當(dāng)數(shù)據(jù)寫入芯片后，下一個(gè)總線周期可以立即開(kāi)始而無(wú)須進(jìn)行數(shù)據(jù)輪詢。此外，F(xiàn)M25L256 具有無(wú)限的讀寫次數(shù)，且操作功耗非常低，工作電壓在2. 7 ～3. 6 V 之間，工作靜態(tài)電流低至5 μA。