一种低成本无线传感器网络节点的设计[图](4)

3 无线网关设计

无线网关由主控单片机、GSM模块和超外差接收模块J05U等组成，负责传感器网络的管理与控制，接收节点传来的数据并在必要时通过网络等方式告知用户。网关选用PIC18F6621单片机，GSM模块选用的是EM310模块。网关主要部分原理图如图5所示。

图5 网关主要部分原理图

PIC18F6621单片机有：两个串口，使用串口2与EM310通信，串口1用于外部接口，如作为GPRS DTU、连接上位机、串口摄像头等;传送速率最高为10MIPS;4KB RAM、64KB Flash;内部集成有AD、WDT等外设。

EM310的1~6管脚与SIM卡电路连接。PIC18F6621有55个IO口，空余的I/O口可以接1602液晶进行显示。DS12C887时钟芯片作为整个无线网络的时基。需要注意的是，EM310在接通网络的瞬间会产生一个接近2A的峰值电流，因此电源部分需有冗余，因此推荐使用开关电源。

网关的功能主要有三个：对接收到的节点数据进行解码、判断是哪个节点传来的信号及是否需要报警、控制EM310向设定手机发送短信及拨打电话等。

解码是编码的逆过程，关键是将发射节点编码的600μs 、200μs宽窄脉冲正确识别。当单片机侦听到开始码(即连接J05U模块的DATA引脚RD0产生第一个上升沿)时，开始分析数据，舍弃第一帧数据，对第二帧、第三帧、第四帧进行解码。利用PIC单片机内部定时器0计时，当有电平高低变化时，记录下TMR0数值，并清零，重新开始计数。这样可以把每一个高低电平宽度记录下来;然后比较解码，180μs~250μs之间为窄脉冲，550μs~650μs之间为宽脉冲;并将数据帧中的前8个数据与EEPROM中预存的地址码进行比对，当有两次相同时即表明正确解码，将节点ID 4bit数值，X、Y轴各12bit数据储存起来并进行处理。

EM310是一款兼容型GSM/GPRS通信模块，硬件兼容MC55，广泛用于数据采集、远程测试等;内嵌TCP/IP协议，具有低价位、使用方便的特点。选用该模块是为了方便系统GPRS功能扩展(如加接串口摄像头实现现场摄像、传输视频等功能)。EM310进行信号传输时(尤其是进行GPRS传输时)，会产生一个2A左右的尖峰电流，因此网关供电需要采用2A以上的电源(如开关电源等)。EM310的所有命令、数据传输均通过串口，支持最高波特率为115200b/s，数据包包长可以达到2KB，可以传输图像数据，便于系统以后扩展图像监控功能。

EM310与PIC18F6621之间接口非常简单，只占用RX、TX、GND三根线，采用AT指令进行通信，除个别指令外，每条指令均以回车符作为结束标志。本设计中用到了发送短信与拨打电话功能。发送短信AT指令为：at+cmgs=\"139XXXXXXXX\"，在EM310应答后，发送短信内容，并以“0x1A” 结束短信内容。拨打电话AT指令如下：ATD139XXXXXXXX;， 其中“139XXXXXXXX” 为预先设定的用户手机号码。

本文提出了一种低成本的无线加速度传感器方案，采用通用单片机模仿成熟的编解码方案，降低了开发难度与风险，有明显的价格优势，适合对成本敏感、而对速度要求不高的场合，如工地器材防盗、智能家居网络等。节点选用的芯片均为低功耗芯片，采用大容量锂电池就可以使节点长期工作。I2C接口的传感器种类有很多，更换传感器就可以实现磁场强度分布检测、粮食仓库温湿度检测等，而且PIC单片机内集成有A/D，也可以与其他模拟输出的传感器结合，因此本方案有通用性。使用GPRS网关可以实现远程监控测试。

参考文献

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