基于防爆型無線傳感器網(wǎng)絡信息采集節(jié)點的設計

1.1.3 印制電路板布線

主板采用雙層印制電路板(PCB)。電路板布線遵循器件排列分布相關規(guī)定，其層壓、走線和預浸處理等工藝均按IPC-A-610C國際工藝標準進行。雙層PCB的頂層用于信號路由，空白處和位于芯片下面的空間一樣，采用金屬箔填充，通過若干孔牢靠接地。在印制電路板設計過程中要特別注意無線收發(fā)器部分的布線和PCB 天線的設計，這也是傳感器節(jié)點設計的難點和重點。例如退耦電容器應盡可能靠近供電引腳，并且通過單獨的過孔連接到印制電路板的接地面;芯片的接地引腳距離使用單獨過孔的封裝引腳越近越好;外部元件越小越好，必須使用表面貼裝器件。印制電路板設計完成之后將印制板文件送至印制板制作廠家生產(chǎn)。

1.1.4 電路板生產(chǎn)

(1)印刷版制作

激光照排，激光制版，2層銅基復合板。

(2)焊接

①在具有ISO 9001:2000 質(zhì)量管理體系的專業(yè)的SMT 的加工廠進行生產(chǎn)，生產(chǎn)符合IPC-A-610C 國際工藝標準，產(chǎn)品均符合IPC二級標準;

②在高速自動SMT生產(chǎn)線上采用流水線方式批量生產(chǎn);

③焊接方式為回流焊，生產(chǎn)工藝采用無鉛焊接技術，峰值溫度范圍為230~250 ℃;

④對MCU采用BGA焊接。

(3)噴漆

①對電路板噴涂防銹漆兩遍;②24~48 h陰干后成品。

1.2 殼體設計

樣機殼體設計一方面要突出作業(yè)實用要求，還要考慮作業(yè)場所爆炸危險環(huán)境的防爆等級，嚴格遵循《GB3836.1-2010 爆炸性環(huán)境第1 部分：設備通用要求》和《GB 3836.2-2000爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”

保護的設備》標準要求。根據(jù)硬件電路板、天線大小及組裝需要，使用AUTOCAD 軟件進行圖紙設計，并送專業(yè)生產(chǎn)制造廠加工生產(chǎn)。

殼體顏色采用軍綠色，材質(zhì)為鋁合金(ZL104)，厚9 mm;空腔內(nèi)安裝有電器部件;殼體上下部分采用平面結構配合。

2 軟件設計

驗證硬件設計沒有問題之后，可進行應用程序的開發(fā)，包括協(xié)議棧的實現(xiàn)、應用層程序的編寫等工作。信息采集節(jié)點由于外設較多，為了不過多占用單片機運行時間，提高數(shù)據(jù)處理效率，降低單片機功耗，單片機與外設交換信息的方式都是通過中斷來完成。單片機程序用C語言編寫，編譯環(huán)境為IAR 4.21.主程序軟件流程圖如圖4所示。

其他外接模塊主要是通過中斷方式與單片機交互信息。中斷程序分別包含有無線模塊中斷子程序;流量儀表中斷子程序;壓力儀表中斷子程序;溫度儀表中斷子程序;濕度儀表中斷子程序;液位儀表中斷子程序;油氣濃度儀表中斷子程序。

無線模塊的中斷子程序是無線傳感器網(wǎng)絡應用的關鍵，下面重點介紹下無線模塊的中斷子程序設計。

無線模塊采用Ad-Hoc 或Zigbee 無線網(wǎng)絡協(xié)議，是可自組網(wǎng)，多跳路由的傳感器網(wǎng)絡。本系統(tǒng)信息采集節(jié)點上的無線節(jié)點都是Slave模式，它們可以同在監(jiān)控室與PC機相連的Master節(jié)點實時通信。

此外，網(wǎng)絡中的每個Slave 節(jié)點都具有路由器的功能，可向鄰節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)。利用這些中間節(jié)點的中繼功能，在前端信息采集節(jié)點與監(jiān)控室直接通訊受阻的情況下，數(shù)據(jù)可以自動由其他節(jié)點進行一次或多次路由傳送到目標節(jié)點，提高了系統(tǒng)的實時性可靠性。無線通信模塊軟件流程圖如圖5所示。

3 結語

節(jié)點設計試制后，在國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心完成了機械檢查、沖擊試驗、溫度試驗、外殼耐壓試驗、內(nèi)部點燃不傳爆試驗、外殼防護性能試驗等檢驗項目，并取得了防爆合格證。另外，節(jié)點通過了其他相關性能測試與試驗，達到了預期效果，滿足油庫現(xiàn)場使用的要求。該節(jié)點可實現(xiàn)油庫所用流量、壓力、溫度、濕度、液位、油氣濃度等現(xiàn)場儀表信息的采集、處理及傳送，節(jié)省了大量人力、物力、財力、時間，提高油庫設施設備及裝備的信息化水平，提升油庫的業(yè)務管理能力。