遠(yuǎn)程地面傳感器系統(tǒng)中傳輸電路的設(shè)計

0 引 言

　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是一種RGS系統(tǒng)(遠(yuǎn)程地面?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng))，它是一種利用多種傳感器作為綜合情報采集元件，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、編碼等處理后，發(fā)送給指揮中心，處理還原后在監(jiān)控平臺顯示出來的探測系統(tǒng)。它集傳感器技術(shù)、圖像探測技術(shù)、震動探測技術(shù)、聲音探測技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)字編碼壓縮技術(shù)、信息融合技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)為一體，是由多種高新技術(shù)集成的綜合性技術(shù)。無線多傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

　(1)系統(tǒng)前端傳感器及GPS模塊——信號采集部分：主要是由圖像、聲音、震動以及紅外傳感器組成的探測單元和GPS模塊構(gòu)成，負(fù)責(zé)完成戰(zhàn)場信息監(jiān)測任務(wù)。
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　(2)信息傳輸部分：主要負(fù)責(zé)將采集到的信息壓縮編碼和進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線傳輸。

　(3)指揮中心測控平臺部分：主要完成對監(jiān)測單元的遠(yuǎn)程控制及信號接收任務(wù)，并對搜集到的各種信息進(jìn)行融合處理、分析。將處理結(jié)果提供給指揮中心人員，使他們能及時準(zhǔn)確地把握戰(zhàn)場態(tài)勢，做出相應(yīng)的決策。

　本文主要是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中圖像傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件編程的思想。

??? 1 發(fā)射端調(diào)制解調(diào)器硬件電路設(shè)計和工作原理

　調(diào)制解調(diào)器硬件電路在發(fā)射方和接收方，由于所需完成的任務(wù)不同，實際上是不一樣的。發(fā)射方調(diào)制解調(diào)器電路原理圖如圖1所示。

　系統(tǒng)使用+5 V的電源由無線電臺的電池變換后供給。MSM7512 B使用專用的3．579 545 MHz的晶體，由于其內(nèi)部有接地電容，不用外接補償元件；單片機(jī)使用頻率為11．059 2 MHz的晶體，主要是為了在波特率設(shè)置時，可以取得準(zhǔn)確的波特率，能有效避免定時器工作產(chǎn)生的積累誤差，外接的補償元件是二個30 pF電容。為了防止單片機(jī)程序運行時的誤操作，應(yīng)將單片機(jī)EA／VPP端(31腳)置高電平，確保單片機(jī)訪問內(nèi)部的程序存儲器。由于調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B和單片機(jī)W77E58都支持TTL電平，所以單片機(jī)的第一串行通信口TXD，RXD可以直接與MSM75125B的XD和RD相連；單片機(jī)的P1．0，P1．1分別連接：

　MSM7512B的MOD2和MOD1，按通信的要求，在收發(fā)之間轉(zhuǎn)換，以控制調(diào)制解調(diào)芯片的工作狀態(tài)；P1．4則控制無線電臺收／發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換(PTT)。

　MSM75125B的AO和AI分別通過接口電路與無線電臺的送／受話器相連。作為系統(tǒng)外部監(jiān)視的顯示電路全部由發(fā)光二極管和電阻構(gòu)成，其中紅色發(fā)光二極管D1為電源指示，亮則表示系統(tǒng)的初始化過程正確；黃色發(fā)光二極管D2為發(fā)送正確指示，系統(tǒng)每正確完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，它應(yīng)閃爍一次；D3為載波檢測指示，如果亮則表示調(diào)制解調(diào)器檢測到了信道中的有效載波信號；D4為數(shù)據(jù)傳輸指示，系統(tǒng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時它就開始閃爍，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。如果前端傳感器有數(shù)據(jù)需要傳送時，產(chǎn)生一個下降沿脈沖，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷INTO(P3．2)，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，將前方來的8位并行數(shù)據(jù)由P2口(P2．0～P2．5)讀入，由于P2口內(nèi)部有上拉電阻，因此作為輸入口時，可用TTL或MOS電路驅(qū)動，而不要外加上拉電阻。W77E58的串行通信口2可留作系統(tǒng)的擴(kuò)展口備用。

??? 2 接收方調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口電路

　接收方調(diào)制解調(diào)器電路與戰(zhàn)場傳感器方調(diào)制解調(diào)器電路在單片機(jī)和調(diào)制解調(diào)芯片的使用和控制是一樣的。所不同的是：單片機(jī)的第二串行口通過電平轉(zhuǎn)換電路與計算機(jī)的RS 232C口相連，把接收到的數(shù)字信號傳送給微機(jī)。接收方調(diào)制解調(diào)器與單片機(jī)的接口電路如圖2所示。發(fā)光二極管顯示電路作用也不完全相同，其中D1～D8為接收數(shù)據(jù)顯示，它能把正確接收的數(shù)據(jù)以二進(jìn)數(shù)的形式顯示出來，D9為系統(tǒng)的電源指示，D10為發(fā)送正確指示，D11為載波檢測指示，D12為數(shù)據(jù)傳送指示。

??? 3 調(diào)制解調(diào)器與PC機(jī)接口電路的設(shè)計

　調(diào)制解調(diào)器與PC機(jī)接口實際上也就是調(diào)制解調(diào)器中單片機(jī)W77E58與PC機(jī)的接口電路，W77E58支持TTL電平，而微機(jī)串行通信口RS 232C支持EIA電平，因此在實現(xiàn)它們之間的串行通信時，必須設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路，以滿足它們各自的需要。

　電平轉(zhuǎn)換電路是指揮中心方調(diào)制解調(diào)器與微機(jī)的接口電路，它也是數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)硬件電路(指揮中心方)的一個組成部分。其工作過程如下：由調(diào)制解調(diào)器解調(diào)出來的數(shù)字信號，由單片機(jī)處理后，從W77E58的串行通信口2，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232、PC機(jī)的RS 232C口(DB9)和微機(jī)內(nèi)部的UART，最后傳遞給CPU，在監(jiān)控平臺上顯示出來。其電路原理圖如圖3所示。

??? 4 圖像無線傳輸軟件設(shè)計

　程序共分五個部分，三個主程序為：發(fā)送方單片機(jī)程序、接收方單片機(jī)程序和微機(jī)接收程序；兩個子程序為：差錯處理子程序、發(fā)送延時子程序。
　收、發(fā)雙方及單片機(jī)與PC機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)均采用軟件“握手”信號聯(lián)絡(luò)。所有聯(lián)絡(luò)“握手”信號均為#0AAH，接收正確后應(yīng)答信號為#00H，接收錯誤則應(yīng)答為#0FFH。

　傳感器一方在無數(shù)據(jù)需要傳輸時，通過單片機(jī)的編程控制使MSM7512B工作在省電模式，此時調(diào)制解調(diào)芯片(不含W77E58)的功耗僅為0．1 mW，可以最大限度地延長電池的使用時間。

　單片機(jī)與MSM7512B的邏輯控制關(guān)系：P1．O→MOD2，P1．1→MODl，P1．5→AOG，另外 P1．4→電臺PTT，單片機(jī)控制MSM7512B和電臺進(jìn)行收、發(fā)轉(zhuǎn)換。前端傳感器有數(shù)據(jù)傳輸時，產(chǎn)生一個下降沿的脈沖信號啟動整個系統(tǒng)的程序運行，數(shù)據(jù)傳輸完畢后，系統(tǒng)返回初始狀態(tài)。單片機(jī)的P1．5口控制選擇MSM7512B的的輸出電平。

　設(shè)定單片機(jī)的2個串行口都工作于串行口工作方式1；定時器T1工作于方式2(自動重裝初值)，作波特率發(fā)生器，通過調(diào)整T1的初裝值，用來選擇1 200 b／s，600 b／s和300 b／s三種速率；定時器T2工作于方式1，作定時器，用來設(shè)計安排延時。

　在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，為了減少電臺靈敏度不高和信道質(zhì)量差誤碼等影響，發(fā)送方需連續(xù)發(fā)5次“握手”聯(lián)絡(luò)信號，接收方在連續(xù)2次收到正確的聯(lián)絡(luò)信號以后，才確認(rèn)是有效的聯(lián)絡(luò)予以響應(yīng)，否則認(rèn)為是干擾信號，不予以響應(yīng)。這樣既能減少各類原因造成的接收機(jī)程序不啟動運行導(dǎo)致漏報的可能性，又能保證接收機(jī)不因干擾信號而誤操作，減少誤報的機(jī)率。另外綜合考慮電臺的收發(fā)轉(zhuǎn)換和調(diào)制解調(diào)芯片的收發(fā)轉(zhuǎn)化所需的各類延時時間，在設(shè)計程序時專門安排了一個延時時間。經(jīng)過大量的實驗，得出一個比較合適的延時時間，即不論通信哪一方，在由收轉(zhuǎn)為發(fā)狀態(tài)后，都先延時70 ms，因為時間太短了系統(tǒng)不能正常工作，太長了可能會影響數(shù)據(jù)的傳輸速率，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)射端和接收端單片機(jī)程序流程圖如圖4所示。

??? 5 結(jié) 語

　通過對MSM7512B調(diào)制解調(diào)芯片性能特點的了解，設(shè)計出了發(fā)射端和接收端調(diào)制解調(diào)器的實際電路，然后簡單介紹了具有雙串口功能的單片機(jī)W77E58的性能特點后，給出了數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)的接收方單片機(jī)與PC機(jī)之間串行通信的硬件電路圖，并描述了Mo-dem與電臺接口電路的設(shè)計過程，最后敘述了整個系統(tǒng)單片機(jī)軟件的特點。從整體上給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計原理圖。

　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、微電子制造技術(shù)、軟件編程技術(shù)等領(lǐng)域，具有跨學(xué)科的特點，在軍事、民防、環(huán)境、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、健康、家庭和其他領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，在空間探索和災(zāi)難救助等特殊領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)業(yè)有其得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。