毛片网站在线观看-毛片网站在线-毛片网站有哪些-毛片网站视频-女生脱衣服app-女色综合

    （中海油惠州煉油分公司生產(chǎn)指揮中心，廣東 惠州 516086）鄭云

    （中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007）冀文峰  

                         
    鄭云（1971-）男，湖南衡陽(yáng)人，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于中海油惠州煉油分公司，任生產(chǎn)指揮中心計(jì)量主管，主要從事計(jì)量管理工作。

    摘要：ZigBee 是一種新型的低功率、低成本、近距離的無(wú)線通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理想解決方案。本文介紹了一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線超聲波傳感器設(shè)計(jì)方案。該液位傳感器以CC2420 射頻芯片為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，采用低功耗微處理器MSP430F1611 為控制核心。

    關(guān)鍵詞：Zigbee；MSP430F1611；cc2420；無(wú)線超聲波液位傳感器

    Abstract: ZigBee is a new low power, low cost , and local wireless communication technology, which is an ideal solution for Wireless sensor networks. The paper introduced the design of ultrasonic instrument for measuring liquid level based on ZigBee. The liquid level sensor takes CC2420 RF chip as Wireless sensor networks interface to send and receive data, and uses low-power microprocessor MSP430F1611 as the control core.

    Key words: Zigbee; MSP430F1611; CC2420; Wireless Ultrasonic Instrument for Measuring Liquid Level

    1 引 言

    基于有線液位傳感器信號(hào)線和電源線的敷設(shè)無(wú)法鋪設(shè)到位、或者成本太高、或者改動(dòng)太麻煩等因素，本文介紹了一種基于TI公司的MSP430F1611單片機(jī)和CC2420射頻芯片的Zigbee無(wú)線液位傳感器，這是因?yàn)閦igbee是應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化對(duì)無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠖a(chǎn)生的，是基于IEEE 802.15.4 無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)制定的一個(gè)低功耗、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，有下列獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

    （1）省電——發(fā)射功率約為1mW，僅兩節(jié)五號(hào)電池就可以支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到兩年的使用時(shí)間（休眠模式下使用時(shí)間更長(zhǎng)）相比較藍(lán)牙只能工作數(shù)周、WiFi 僅工作數(shù)小時(shí)，十分省電；

    （2）成本低——傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單且免收專利費(fèi)，大大降低了成本；

    （3）可靠——采用碰撞避免機(jī)制，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突；

    （4）時(shí)延短——優(yōu)化了時(shí)延，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短；

    （5）安全—— 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用通用的AES- 128加密算法；

    （6）工作頻段靈活——使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國(guó)），均為免執(zhí)照頻段。

    這些優(yōu)勢(shì)使zigbee協(xié)議在化工、電力、冶金、輕工、石油等工業(yè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的研究與應(yīng)用。

    2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    基于MSP430F1611的zigbee超聲波液位傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由超聲波液位傳感器、zigbee射頻芯片、計(jì)算機(jī)三部分組成。本文主要介紹無(wú)線超聲波液位傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。無(wú)線超聲波液位傳感器主要由傳感器、射頻芯片和控制器三部分組成，其硬件連接如圖2所示。  

                     

                     
                                  圖2  無(wú)線超聲波液位傳感器硬件結(jié)構(gòu)圖         
          
    2.1 超聲波液位傳器

    超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)主要包括：與所選換能器相匹配的驅(qū)動(dòng)單元，回波信號(hào)接收單元以及測(cè)量系統(tǒng)軟件單元等三部分，如圖3所示。 

              
                                      圖3  超聲波液位傳感器結(jié)構(gòu)圖  

    驅(qū)動(dòng)單元負(fù)責(zé)將軟件單元產(chǎn)生的數(shù)字、低壓、低功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬、高壓、大功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)換能器，使其得到足夠強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能量，并產(chǎn)生較高能量的超聲波用于測(cè)量。接收單元包括：接口電路，程控放大電路，帶通濾波電路以及檢波整形電路等部分。接口電路將驅(qū)動(dòng)換能器的高壓、大功率信號(hào)與換能器接收到的低壓、小功率的回波信號(hào)隔離，避免高壓進(jìn)入接收電路并使較微弱的回波信號(hào)順利接收，同時(shí)避免回波信號(hào)進(jìn)入驅(qū)動(dòng)級(jí)；程控放大電路用來(lái)將接收到的回波信號(hào)進(jìn)行受控的放大，使回波信號(hào)在適于采樣的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)的變化；帶通濾波電路將經(jīng)過(guò)放大的回波信號(hào)凈化，濾除接收頻率通道之外的干擾信號(hào)；檢波整形電路將較高頻率的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于A/D轉(zhuǎn)換的較低頻率的信號(hào)。

    2.2 MSP430F1611單片機(jī)介紹

    MSP430F1611是Texas Instruments（德州儀器）公司推薦出高集成度、高精度的單芯片系統(tǒng)，是目前工業(yè)界中具有最低功耗的16位RISC混合信號(hào)處理器。具有極低的工作電壓，在1.8～3.6 V之間均可正常工作；極小的功耗，在活動(dòng)模式時(shí)，工作電流僅需280μA，在休眠模式下只需要116μA，在關(guān)閉狀態(tài)僅僅需要11μA。MSP430F1611具有豐富的外設(shè)，具有8路12位的A/D，2路12位的D/A轉(zhuǎn)換器，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。MSP430單片機(jī)內(nèi)部具有3個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，包括1個(gè)高頻時(shí)鐘，1個(gè)低頻時(shí)鐘和1個(gè)DCO。靈活的時(shí)鐘選擇使得系統(tǒng)可以在最合理的時(shí)鐘下進(jìn)行工作，大大降低了系統(tǒng)的功耗，方便了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。MSP430還有著豐富的外圍接口，包括標(biāo)準(zhǔn)串口，SPI接口，I2C接口，方便連接多種設(shè)備。TI公司推出了基于MSP430F1611單片機(jī)的Zigbee通信協(xié)議棧，便于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)者可以從繁瑣的通信程序開(kāi)發(fā)中解放出來(lái)，更專注于應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

    2.3 射頻接口電路

    C C2 4 2 0 是C h i p c o n A s 公司推出的首款符合2 . 4GHzIEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF 03技術(shù)，以0.18um CMOS工藝制成，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過(guò)了IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開(kāi)發(fā)的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250Kbps可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。CC2420的主要性能參數(shù)如下：

    工作頻帶范圍：2.400～2.4835GHz；

    采用IEEE802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴(kuò)頻方式；

    數(shù)據(jù)速率達(dá)250Kbps碼片速率達(dá)2MChip/s；

    采用o-QPSK調(diào)制方式；

    超低電流消耗（RX: 19.7mA，TX: 17.4mA）高接收靈敏度（-99dBm）；

    抗鄰頻道干擾能力強(qiáng)（39dB）；

    與控制微處理器的接口配置容易（4總線SPI接口）；

    開(kāi)發(fā)工具齊全提供有開(kāi)發(fā)套件和演示套件；

    采用QLP-48封裝，外形尺寸只７×７mm。

      硬件電路如圖4所示。  

                        
                                        圖4  cc2420硬件電路  

    3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)的軟件主要包括無(wú)線收發(fā)程序、液位采集程序、主程序，本文著重介紹無(wú)線收發(fā)程序的設(shè)計(jì)過(guò)程。接收數(shù)據(jù)幀時(shí)， CC2420自動(dòng)計(jì)算幀的CRC校驗(yàn)，要人工檢查接收幀的最后一個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)位。CC2420處于接收模式12個(gè)信號(hào)周期后開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。具體流程如圖5所示。
   
                                    

    因此必須在數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程中加入等待時(shí)間以便CC2420檢查和接收數(shù)據(jù)。無(wú)線數(shù)據(jù)幀發(fā)送時(shí)，CC2420自動(dòng)在數(shù)據(jù)包的開(kāi)始處加上前導(dǎo)碼和幀起始分隔符在數(shù)據(jù)包末尾加CRC檢驗(yàn)。按以下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送：

    （1）把數(shù)據(jù)流按順序存入TX FIFO；

    （2）檢查CCA信號(hào)并且在信道空閑時(shí)才進(jìn)行操作；

    （3）執(zhí)行STXON命令寄存器；

    （4）在任何新數(shù)據(jù)寫(xiě)入TX FIFO前請(qǐng)確認(rèn)SFD變高后變低（發(fā)送完）并且已經(jīng)等待了至少60個(gè)時(shí)鐘周期。

    具體發(fā)射子程序流程圖見(jiàn)圖6所示。
   
                                  

    4 結(jié)論

    將Zigbee技術(shù)于液位傳感器相結(jié)合，利用低功耗的單片機(jī)MSP430F1611實(shí)現(xiàn)無(wú)Zigbee液位傳感器的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、運(yùn)行穩(wěn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸是完全可行的，具有數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確穩(wěn)定的特點(diǎn)。目前該液位傳感器網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于水污染源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可以在較惡劣的環(huán)境下正常工作，性能良好。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] CHIPCON. CC2430 PRELIMINARY data sheet (rev. 1.03)SWRS036A[M]. CHIPCON, 2005.

    [2] 霍峰.ZigBee 技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]. 今日電子.2007.

    [3] REESE R.A ZigbeeTM- subset/IEEE 802.15.4TMmultiplatform Protocol Stack. In: Electrical/Computer Engr MSU,editor.2006.

    [4] SmartRF CC2420 -2004.2.4GHzIEEE802.15.4/Zigbee ready RF Transceiver[Z].ChipCon INC, 2004
   
    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期