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仓储中二氧化碳浓度监测的无线传感器搜集节点

信息来历: 宣布时候:2020-11-11 点击数:

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在物品的蕴藏进程中,CO2浓度对蕴藏的时候具备明显的影响,是以堆栈情况信息的主动收罗和长途传输对指点现实出产具备很是首要的意思。无线传感器搜集由大批体积小、能耗低、具备无线通讯、传感和数据处置功效的传感器节点构成[1]。这些传感器节点经由进程无线自构造和多跳的体例构成散布式搜集。传感器节点具备密度高、检测规模广和节点的功耗高等特色,是以在仓储办理顶用来检测二氧化碳溶度有着广漠的利用远景。

1 二氧化碳浓度在线监测体系架构

传感器节点经由进程自构造的体例安排在堆栈中,从而构成无线传感器搜集。节点首要对情况中的二氧化碳浓度停止收罗,收罗到的数据经由进程多跳路由的体例在相邻传感器节点间停止通报,无线网关未来自长途监测中间的号令传递给指定的数据监测节点,同时把数据监测节点对该号令的呼应回传至长途监测中间。体系计划如图1所示。

2 节点硬件计划设想

传感器节点的设想是堆栈情况信息监测的焦点,起首经由进程传感器收罗堆栈二氧化碳浓度的数据,而后停止A/D转换,将二氧化碳的浓度信息发送到相邻的节点,最初将一切终端节点搜集到的浓度信息汇总到会聚节点。堆栈情况信息传感器节点由数据收罗模块、微节制器模块、射频通讯模块和电源模块局部构成。数据收罗模块担任堆栈情况信息的收罗和数据转换,微节制器模块节制节点的操纵存储和处置自身收罗的数据和其余节点发来的数据。节点的计划框图如图2。

图1 体系计划图  下载原图


2.1 微节制器模块

微节制器是全部体系的焦点,为了节流体系电源,微节制器接纳按时休眠按时叫醒的任务体例,按时读取传感器收罗的数据并停止计较处置,按时翻开射频模块与基站停止按时接洽和发送和领受数据。本计划选用低功耗的STC12LE5A60S2芯片,STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技出产的单时钟/机械周期(1T)的单片机,是高速、低功耗、超强抗搅扰的新一代8051单片机,指令代码完整兼容传统8051,但速率快8~12倍。并具备以下特色:

图2 节点的计划框图  下载原图


1)任务电压2.2~3.3 V,具备低功耗的掉电形式和余暇形式,掉电形式下功耗<0.1μA,同时可由外部间断叫醒[2];

2)外部集成了A/D转换器(用于数据的收罗处置)、全双工异步串行口(与MC13213通讯用)。

2.2 数据收罗模块

数据收罗模块选用MG811数据收罗模块,该模块接纳固体电解质电池道理,其固体电池由以下物资构成:氛围,Au|NASICON||碳酸盐|Au,CO2。图3给出了传感器的活络度特征曲线。

图3 活络度特征  下载原图


任务道理:

MG811数据收罗模块上的二氧化碳传感器对CO2有杰出的活络度和挑选性,受温湿度的变更影响较小,它的不变性和线性较好。二氧化碳传感器为固体电解质传感器,它的旌旗灯号输入阻抗很是高,设想电路时能够在传感器旌旗灯号输入后端接一级阻抗变更电路,将传感器输入阻抗下降到通俗可丈量级别,阻抗变更运算缩小器必须选用高输入阻抗型。计划颠末CA3140高阻态运放阻抗变更电路以后,获得可收罗的摹拟旌旗灯号。电路如图4所示。

图4 阻抗变更电路  下载原图


由于二氧化碳传感器在任务时的温度很高,MG811固体电解质传感器一般任务时内核温度能够到达500℃以上,而内核和四周氛围是间接打仗的,是以情况温度变更时会影响到传感器的活络度,在传感器的设想电路上接纳了温度弥补电阻RT(图5),颠末此弥补电阻的输入量的收罗,而后通进法式弥补掉温度的变更量对收罗数据的影响,节制传感器探头更有用的检测。

2.3 射频通讯模块

射频通讯模块担任低功耗短间隔节点间的通讯,互换节制信息和收发收罗数据,无线通讯模块接纳射频模块MC13213。MC13213是freescale公司推出的一款SOC芯片,它首要由微处置器和射频模块2局部构成。它能供给4种运转形式,此中包含3种低功耗形式,计划中利用的休眠形式最低功耗仅为5μA。由于二氧化碳传感器的所产生的摹拟旌旗灯号的电压规模是0—6V,其微处置器自带的A/D没法收罗这么高的电压,以是体系中仅利用于其作为射频模块的功效,由于其通讯间隔远,最大可达2 000 m。射频模块的任务频段是2.4 GHz,经由进程SPI总线与处置器通讯。其首要特色有:

1)接纳2.4 GHz频段,其设想构架合适IEEE 802.15.4和谈[3];

2)领受活络度<-92 d Bm,发送功率为-28.7~+3.4d Bm可调;

3)具备0~15(共16)个可选任务信道;

4)接纳间接序列扩频(direct sequencespread spectrum)的二进制编码体例,加强了抗搅扰才能;

5)接纳OQPSK数字相移键控调制手艺,大大下降了数据传输的误码率;

6)接纳免抵触的载波检测多址接入(CSMACA)机制,防止了数据传输进程中的抵触。

3 软件设想

3.1 数据收罗和处置模块

传感器数据收罗和处置模块首要是完成对传感器数据停止读取和处置,斟酌到低功耗的须要,对体系接纳按时叫醒的任务体例,按时收罗处置数据并发送给无线通讯模块,其流程图见图5。

图5 法式流程图  下载原图


3.2 无线通讯模块设想

体系按照收发旌旗灯号有没有来叫醒射频通讯模块。无线通讯模块流程图见图6所示。

图6 无线通讯模块流程图  下载原图


4 尝试成果及样机

经由进程上位机和下位机的共同胜利地收罗到了堆栈中及时的二氧化碳浓度信息。其信息数据见表1。

注:一般情况大气中二氧化碳浓度值<400 ppm

样机如图7所示为单个节点的什物,尺寸设想在10×10 cm之内,同时接纳了电池供电,防止了对输电线的依靠,便于大规模散布式安排。

    下载原表

图7 样机什物图  下载原图


5 结语

本文以仓储中二氧化碳浓度的检测为利用背景,设想了基于STC12LE5A60S2单片机与MC13213无线通讯模块的传感器节点[4]。完成了对情况中二氧化碳浓度较精确的检测,为仓储时耽误物品的贮存时候供给了很好的数据的参考,同时大大下降了检测本钱。

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