基于S12的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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1.4 傳感器選擇
為降低系統(tǒng)能耗，本系統(tǒng)所選用的傳感器均為低功耗的小型傳感器。其中，溫度傳感器選用Maxim公司的MAX6611。正常工作狀態(tài)下，供電電流僅為150 μA，功耗為0.75 mW；在SHDN腳接地時(shí)處于省電狀態(tài)，供電電流僅為1 μA，功耗僅為5 μW。濕度傳感器選用Honeywell公司的HIH4000，其正常工作狀態(tài)下的供電電流僅為200 μA，功耗為1 mW。壓力傳感器選用Motorola公司的MPX4100A，其正常工作狀態(tài)下的供電電流為7 mA，功耗為35 mW。3個(gè)傳感器在正常工作狀態(tài)下的總功耗為36.75 mW；在節(jié)電工作狀態(tài)下，總功耗為36.005 mW。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 MC9S12DT128的中斷控制方式
本系統(tǒng)中，MC9S12DT128采用集編輯、編譯、調(diào)試、程序下載于一體的開發(fā)環(huán)境CodeWarrior4.5進(jìn)行開發(fā)。CodeWarrior4.5是一種交叉編譯器，支持高級(jí)語言（如C、C++和Java），以及大部分微控制器的匯編語言。
中斷控制方式是微處理器發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，是提高CPU的工作效率、降低系統(tǒng)功耗的有效方式。
在CodeWarrior4.5下，中斷函數(shù)的定義只有2種方法：采用pragma TRAP_PROC或者interrupt關(guān)鍵字進(jìn)行定義。具體使用方法分別為（假定中斷函數(shù)名為INCount）：
?、?#pragma TRAP_PROC
void INCount(void){
Tcount++;
}
?、?interrupt void INCount(void){
tcount++;
}
對(duì)應(yīng)于中斷函數(shù)不同的定義方式，CodeWarrior4.5下初始化中斷向量表也有2種方法：
?、?采用VECTOR ADDRESS或者VECTOR關(guān)鍵字。具體實(shí)現(xiàn)方法為，在工程的.prm文件中加入中斷函數(shù)的入口地址：
VECTOR ADDRESS0x8AINCount
其中，0x8A為中斷入口地址?；蛘?，加入中斷向量標(biāo)號(hào)：
VECTOR 69 INCount
其中，69為中斷向量標(biāo)號(hào)。
?、?采用關(guān)鍵字interrupt。具體實(shí)現(xiàn)方法為在中斷函數(shù)定義時(shí)加入中斷向量標(biāo)號(hào)：
interrupt 69 void INCount(void){
tcount++;
}
其中，69為中斷向量標(biāo)號(hào)。
2.2 A/D轉(zhuǎn)換中斷方式的實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)中，傳感器采集到模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換是通過單片機(jī)的ATD模塊實(shí)現(xiàn)的。對(duì)ATD模塊采用中斷的控制方式，可以節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)執(zhí)行速度。
首先，必須在ATD模塊的初始化程序中將ATD模塊設(shè)置為中斷模式，啟用ATD轉(zhuǎn)換完成中斷。轉(zhuǎn)換完成中斷函數(shù)名為ATD0，其功能為讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，采用interrupt關(guān)鍵字進(jìn)行定義：
#pragma CODE_SEG ATD0Interrupt_SEG
interrupt void ATD0(void){
ATD0STAT0_SCF = 0;//關(guān)中斷
MeasureResult[0]=ATD0DR0H;
MeasureResult[1]=ATD0DR0L;
MeasureResult[2]=ATD0DR1H;
MeasureResult[3]=ATD0DR1L;
MeasureResult[4]=ATD0DR2H;
MeasureResult[5]=ATD0DR2L;
}
#pragma CODE_SEG DEFAULT
中斷函數(shù)入口通過在預(yù)編譯文件中添加ATD中斷入口地址0xFFD2實(shí)現(xiàn)，即在PE_Multilink_CyclonePro_linker.prm中加入語句：
VECTOR ADDRESS 0xFFD2 ATD0
MC9S12DT128的Flash空間為128 KB，采用分頁管理方式，其地址分配為：
RAM = READ_WRITE 0x0400 TO 0x1FFF;
/*unbanked Flash*/
ROM_4000 = READ_ONLY0x4000TO0x7FFF;
ROM_C000 = READ_ONLY0xC000 TO0xFEFF;
/*banked Flash*/
PAGE_38=READ_ONLY0x388000TO0x38BFFF;
PAGE_39=READ_ONLY0x398000TO0x39BFFF;
PAGE_3A=READ_ONLY0x3A8000TO0x3ABFFF;
PAGE_3B=READ_ONLY0x3B8000TO0x3BBFFF;
PAGE_3C=READ_ONLY0x3C8000TO0x3CBFFF;
PAGE_3D=READ_ONLY0x3D8000TO0x3DBFFF;
可以看到Flash空間被劃分為兩部分：unbanked Flash以及banked Flash。對(duì)于banked Flash，定義在其空間內(nèi)的函數(shù)只能被本頁的程序所調(diào)用；而定義在unbanked Flash內(nèi)的函數(shù)則可以為工程內(nèi)任意程序所調(diào)用。中斷函數(shù)想要正確地響應(yīng)中斷請(qǐng)求，必須放在unbanked Flash內(nèi)，因此需要將中斷函數(shù)置于特定的位置?？梢詮腁/D中斷函數(shù)ATD0的定義中看出，ATD0被定義在CODE_SEG ATD0Interrupt_SEG部分。CODE_SEG ATD0Interrupt_SEG是自己定義的ATD0中斷代碼段，其存放位置在PE_Multilink_CyclonePro_linker.prm文件的PLACEMENT關(guān)鍵字下定義：
PLACEMENT
ATD0Interrupt_SEG，
COPY
INTOROM_C000
這樣，就將ATD0Interrupt_SEG的位置定義在了unbanked Flash空間的ROM_C000。
最后，在工程中建立ATD0Interrupt.c文件，在其中聲明中斷函數(shù)ATD0()為外部函數(shù)：
#pragma CODE_SEG ATD0Interrupt_SEG
extern void ATD0();
#pragma CODE_SEG DEFAULT
這樣，就能保證置于任意存儲(chǔ)空間的主程序在請(qǐng)求中斷時(shí)，都可以得到及時(shí)、正確的中斷響應(yīng)。
2.3 主從藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)
藍(lán)牙技術(shù)是一種使用2.4 GHz頻段的短距離無線通信技術(shù)。與其他幾種無線通信方式比較，藍(lán)牙的傳輸速率并不是最快的，但由于其具有主從式的自組織微微網(wǎng)、低功耗、頻段的開放性等優(yōu)勢，因此在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中具有良好的前景。
本設(shè)計(jì)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊正是采用藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)的。傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要通過藍(lán)牙無線通信傳至PC機(jī)。藍(lán)牙系統(tǒng)能夠支持2種連接，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接。這就形成了2種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：微微網(wǎng)和散射網(wǎng)。本系統(tǒng)屬于只有一個(gè)從設(shè)備的微微網(wǎng)。這個(gè)微微網(wǎng)中，主藍(lán)牙為與PC機(jī)相連的藍(lán)牙模塊，從藍(lán)牙由與單片機(jī)相連的藍(lán)牙模塊擔(dān)任。主從藍(lán)牙的區(qū)別在于：主藍(lán)牙可以主動(dòng)發(fā)出指令搜索藍(lán)牙設(shè)備，建立和斷開鏈接；而從藍(lán)牙則必須等待主藍(lán)牙的指令才能開始工作。
PC機(jī)與主藍(lán)牙模塊、單片機(jī)與從藍(lán)牙模塊之間都是串行通信，波特率為57 600 b/s。主從藍(lán)牙模塊的初始化過程大致相同，通過串行通信順序發(fā)送如下10條指令：
Reset[01 03 0C 00]
Read_Buffer_Size[01 05 10 00]
Clear:Set_Event_Filter[01 05 0C 01 00]
Write_Scan_Enable[01 1A 0C 01 03]
Write_Authentication_Enable[01 20 0C 01 00]
Write_Voice_Setting[01 26 0C 02 60 00]
Set_Event_Filter[01 05 0C 03 02 00 02]
Write_Connection_Accept_Timeout[01 16 0C 02 00 20]
Write_Page_Timeout[01 18 0C 02 00 30]
Read_BD_ADDR[01 09 10 00]
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