基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉庫智能安保系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，需考慮微型化，擴(kuò)展性和靈活性，穩(wěn)定性和安全性，低成本等。智能倉庫安保系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是基本單位，是智能倉庫安保系統(tǒng)的基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要完成數(shù)據(jù)的采集和傳遞功能，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的電源模塊負(fù)責(zé)供給能量，電池的使用時(shí)間決定節(jié)點(diǎn)的使用時(shí)間?？紤]到擴(kuò)展性和靈活性，選擇常用的元件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過各功能模塊，實(shí)現(xiàn)正常工作。傳感器節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，無線通信和電池等模塊，圖3為其結(jié)構(gòu)。

3．1 數(shù)據(jù)處理模塊
數(shù)據(jù)處理模塊是無線傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算核心。所有設(shè)備控制，任務(wù)調(diào)度，能量計(jì)算和功能協(xié)調(diào)，通信協(xié)議，數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)程序都在該模塊的支持下完成。所以處理器的選擇在傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用的處理器應(yīng)盡量滿足：外形小，集成度高，功耗低且支持睡眠模式，運(yùn)行速度要盡量快，要有足夠的外部通用端口和通信接口，成本低，有安全性保證等。
目前使用較多的TI公司的MSP430超低功耗系列處理器，不僅功能完整，集成度高，而且根據(jù)存儲(chǔ)容量提供多種引腳兼容的處理器，使開發(fā)者容易根據(jù)應(yīng)用對(duì)象平滑升級(jí)系統(tǒng)。這里采用MSP430F149型處理器。供電電壓僅1．8～3．6 V，具有16位RISC結(jié)構(gòu)、125 ns指令同周期、多達(dá)60 KB Flash ROM和2 KB RAM。另外該器件還配有：12位200 kS／s的MD轉(zhuǎn)換器(自帶采樣保持)、內(nèi)部溫度傳感器、具有3個(gè)捕獲／比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A／Timer__B、2個(gè)串口(工作于 UART或SPI模式)、6個(gè)8位并口(2個(gè)具有中斷能力)和硬件乘法器，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)緊湊且高效。其豐富的尋址方式。簡(jiǎn)潔的內(nèi)核指令。較高的處理速度，大量的寄存器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使之具有強(qiáng)大的處理能力，豐富的器件內(nèi)外設(shè)接口可簡(jiǎn)化整個(gè)電路設(shè)計(jì)，減少節(jié)點(diǎn)功耗和體積，非常適于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。
3．2 無線通信模塊
無線通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)無線通信。交換控制信息，收集采集數(shù)據(jù)。另外，通信模塊消耗的能量在傳感器節(jié)點(diǎn)中占主要部分，所以考慮無線通信模塊的工作模式和收費(fèi)能耗很重要。無線收發(fā)器件采用的調(diào)制模式、數(shù)據(jù)率、發(fā)射功耗和操作周期等都是影響通信能量消耗的關(guān)鍵因素。選擇無線收發(fā)器件時(shí)應(yīng)考慮功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)器件所需外圍元件數(shù)，以及器件成本等因素。
這里采用CC2420型無線收發(fā)器。CC2420是Chipcon公司推出的一款兼容2．4 Hz IEEE 802．15．4的無線收發(fā)器。CC2420基于的SmartRF03技術(shù)，采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，集成度高。CC2420是首款符合ZigBee技術(shù)的高集成度工業(yè)型射頻收發(fā)器，其MAC層和PHY層協(xié)議符合IEEE 802．15．4規(guī)范，工作于免授權(quán)的2．4 GHz頻段。利用此器件開發(fā)的短距離射頻傳輸系統(tǒng)成本低、功耗小，適于電池長(zhǎng)期供電；并具有硬件加密、安全可靠、組網(wǎng)靈活、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，可為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供理想的解決方案。

4 信號(hào)采集
4．1 傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)采集
任何有溫度的物體都在不斷向外界輻射紅外線，人體表面溫度一般在37°C，其大部分輻射能量集中在10μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。如果把人的紅外輻射直接照射在熱釋電紅外傳感器上也會(huì)引起溫度變化而輸出信號(hào)，但探測(cè)距離不夠遠(yuǎn)。為加長(zhǎng)探測(cè)距離，需附加光學(xué)系統(tǒng)來收集紅外輻射，通常采用塑料菲涅爾透鏡作為紅外輻射的聚焦系統(tǒng)。
門磁開關(guān)傳感器實(shí)際上是一個(gè)干簧管，它由兩個(gè)靠得很近的金屬彈簧片構(gòu)成。這兩個(gè)金屬彈簧片為軟磁性材料，當(dāng)干簧管靠近磁場(chǎng)時(shí)，金屬彈簧片被磁化，相互吸引、接觸，當(dāng)干簧管遠(yuǎn)離磁場(chǎng)時(shí)彈簧片失去磁性，由于彈力作用兩個(gè)金屬彈簧片分開，發(fā)出信號(hào)。玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出特定聲波。玻璃破碎傳感器主要根據(jù)聲波作出報(bào)警。該方法是防止非法入侵的一種輔助手段，是否安裝視具體情況而定。
4．2 火災(zāi)報(bào)警信號(hào)采集
物質(zhì)燃燒過程中，一般都有熱(溫度)、氣體與煙霧、火焰等現(xiàn)象產(chǎn)生，針對(duì)不同現(xiàn)象有不同火災(zāi)信號(hào)檢測(cè)方法。離子感煙傳感器利用放射性元素產(chǎn)生的射線，并檢測(cè)空氣電離產(chǎn)生的微電流。
目前大部分離子感煙傳感器采用單源雙室丁作，即采用1個(gè)放射源，2個(gè)工作室，分別為參考室和探測(cè)室。沒有煙霧進(jìn)入探測(cè)室時(shí)，兩室的微電流保持平衡：當(dāng)煙霧進(jìn)入探測(cè)室時(shí)，探測(cè)室電流發(fā)生變化。平衡被破壞，傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)送到一個(gè)正反饋電路，產(chǎn)生報(bào)警。