ZigBee技术在钢铁车间中的数据采集应用
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2 硬件电路设计
2．1 处理器模块
本文的硬件采用JENNIC公司的JN5139芯片。作为JENNIC公司生产的业界领先的兼容于IEEE 802．15．4的低功耗Soc芯片，芯片集成了一个32位RISC处理器，可以做性能非常强大的MCU使用，其中包含了16 MHz的32位RISC CPU，同时内含有96 kB RAM、192 kB ROM，4个输入端口，2个比较器，12位的ADC，两个11位DAC，2个应用级定时器／计数器，3个系统定时器，2个串口，其中有一个用于系统的在线调试。一个SPI接口，带有5个片选线。同时含有一个2线串行接口。此MCU含有21个GPIO口，每个GPIO端口可通过软件分别配置成输入或输出，并提供推挽式输出或漏极开路输出。本文采用的是对温度和湿度数据量进行监测，在实际中可在GPIO口外接各种煤气的专用传感器，从而实现对钢铁工厂里的环境量的全面监测。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/155316.htm
JN5139模块内部电路图如图2所示，该模块为开发人员提供了访问JN5139芯片的全部数字和模拟接口能力，包括ADC、DAC、比较器、定时器、UART、串行口及GPIO。其I／O访问确保模块可以单独使用，而不必增加额外的电路去实现许多低功耗无线系统所需要的功能。每一个模块都配备了IEEE802．15．4 MAC层软件或ZigBee网络协议栈。
2．2 射频部分
JN5139工作电压为2．7～3．6V，模块提供高达97dBm的接收敏感，大大提高了工作范围，尤其是在多干扰源的恶劣环境中越显强固，对载波的偏移和EVM有更大的容忍度。发射功率也增强到+3dBm。JNS139模块是目前市面上唯一单芯片无线微控制器，拥有100dB Link budget，同时支持工业温度标准及大工作电源电压范围。当产品在等待外在事件激发，并进入深层休眠方式的时候，芯片功耗仅400 nA，几乎没有消耗任何电力。若内建芯片振荡器和通信协议定时器启动工作，休眠电流消耗也在2μA以下。这些休眠功耗方式与无线收发、通信协议软件、硬件紧密地结合在单芯片无线微控制器上，满足无线传感器网络的电池寿命要求。
内建存储器增加到192 kB ROM和96 kB RAM，可以充分发挥32位RISC单芯片处理机的超强运算能力，完美地实现了复杂的应用与ZigBee或其他mesh通信协定软件的结合。芯片上的ROM已内含多种软件，包含全球首推IEEE802．15．4版本B的MAC层，支持多种不同厂家的EEPROM装置，JN5139提供了IEEE 802．15．4B和ZigBee版本。
每个出厂的芯片皆有专属唯一的网络地址(MAC address)识别码，如此可节省外接的Flash存储器。另有256位一次可编程的只读存储器供客户直接烧录AES安全加密金钥或其他专属的识别码。
2．3数据采集模块
节点的传感器模块部分主要包含有高精度温湿度传感器SHT10，SHT10是一款高度集成的温湿度传感器芯片，采用LCC封装，提供全量程标定的数字输出。传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14位的A／D转换器，以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。SHT10在25℃下，测湿精度为±4．5，测温精度为±0．5℃。
该传感器品质卓越、响应快、抗干扰能力强、性价比高。每个传感器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露点仪作为参照。通过标定得到的校准系数以程序形式存储固化在芯片本身的OTP内存中。通过两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。体积微小、功耗极低等优点使其成为各类应用中的首选。
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