环境监测是指通过对影响环境质量要素的代表值的测定，确认环境质量(或污染程度)及其改动趋势。跟着科技的不断进步，特别是核算机技术和网络技术的不断发展，环境检测由经典的化学剖析向仪器与核算机和网络相结合的办法，完成f无线环境的检测。本文中规划了一个无线环境检测体系，以MSP430F5438单片机为操控中心，实践制造一个终端和2个节点，终端能从节点获取节点的环境温度和光照信息，而且节点可以完成中继转发的功用。整个体系选用OOK调制办法，收发都运用一个天线，终端发射信号时。
将欲传输的信息通过串口输出的电平操控本振的开断然后完成OOK调制，后级运用丙类功放发射，接纳端节点将天线上的信号进行扩大，然后倍压检波，通过自适应比较器解调出数据，终究再向终端回传环境信息。
1 全体计划规划
在整个体系的规划进程中，结尾和节点都需求一个主控芯片进行处理。主芯片选用MSP430F5438系列单片机。在信号调制方面选用了OOK(On.Off Keying)调制计划。在高频功放方面，选用了分立元件克己戊类扩大器运用NEC公司的产品2SC3355做功放管。终究确认通讯协议计划挑选，规划思维足由检测终端建议一次信息阿步传输，一切的节点依据自己的编号在不同的时隙发送信息，中继节点自行查找判别。通过一系列的挑选和设汁，整个体系的结构规划如图1所示。
图1 体系全体计划框图
体系以MSP430F5438单片机作为终端和节点的主控芯片，光照勘探由光敏电阻来完成，温度可由单片机内部自带的温度传感器得到。，数据的调制、接纳选用串口通讯，运用I/O口来操控天线的收发形式。
2 体系的理论剖析与核算
2.1 发射机的电路剖析与规划
本地振动选用lO.7 M谐振器以及74HC00构成的皮尔斯振动器，一起通过门级电路还可以增大对后级丙放的驱动功率，而串121也可以通过与非门来调制信号。
实践丈量5圈，直径为3.4 em的线圈，在lO.7 MHz下丈量得到电感量为1.553 uH，Q值为156。在lO.7 MHz时的损耗电阻为：
得到r=0.669，所以在并联谐振下等效电阻为：
2.2 开关状况功放输入输出匹配
在节点上选用高效率的开关状况功放，而终端也可以运用戊类扩大。设定输出功率为0.1 w。首要核算C3355的输出阻抗，假定C3355的输出功率为0.1 w，依据功放的最佳负载核算得到，咱们的电源电压为Vc=3 V，设Vce=0.1V，输出功率Po=0.1 w，核算得出最佳输出电阻为
从C3355的datasheet上则三极管的输出得到集电极的输出电容，故假定输出电容是15 pF，阻抗可等效为一个42Ω的电阻与一个15 pF左右的电容并联。取集电极馈电线圈的电感为10 uH兼作为输出的谐振同路，此刻所需的谐振电容为22.12 pF，所以还需求在集电极到地接入一个(10～22.12)pF的电容，为了便于调谐，选用了一只5/35pF的可调电容，通过这样后，三极管输出为42n的纯阻，然后通过一个42 Ω～16.3 kΩ的三阶低通滤波器完成阻抗改换，而且使输出波形滑润(滤掉载波的高次谐波)。
在输出端接了一个100 nF的隔直电容，这会使得输出不再是42 Ω的纯阻，所以通过PSP%&&&&&%E仿真，进行校准，得到终究的详细参数。
图2 e3355开关状况功放
2.3 接纳机解调电路剖析
因为本体系选用的是OOK凋制，所以选用灵敏度高的倍压检波。当终端与节点间隔较远时，为了进步接纳灵敏度，所以运用了两级扩大，然后在间隔较远的时分也能正常检测到信号。考虑到在近间隔时，在天线线圈接纳处加上限幅电路。这样就确保了在近间隔和远间隔时都可以接纳到较好的信号。可是实践上因为在很远的时分接纳到的信号仍是很小，这样就导致了跟着间隔的远近需求改动比较器的参阅电平，因而选用一个RC积分坚持电路，使得能检测到最大的峰值，这样就完成了自适应比较，然后在远间隔时串口仍然可以正确辨认信号。
为r完成天线的复用，运用一个开关电路来切换收发形式。这个开关电路运用单片机I/O口来操控高速二极管的导通与关断来完成切换的。
2.4 通讯协议剖析与规划
通讯协议选用的是终端建议同步传输，各个节点依据终端的同步信息同步自己的时钟，然后在自己编号所分配的时隙内顺次传输。
信息的交流选用帧交流，每个帧由4个字节组成，结构如下图示。每一次发送或许接纳都足以帧为单位。其间数据氲揍的低七位表明0～100 oC的温度，最高位表明光照的有无，1为有，0为无。
整个通讯进程如下图示，终端不断建议同步传输，每个同步传输分为信息同步发送和中继同步发送2个阶段。信息同步发送阶段收到终端同步信号的节点在分配给自己的时隙发送数据。中继同步阶段没有收到终端同步信号的节点收到相邻节点回复给终端的信息后，在本阶段自己的时隙内发送中继恳求，意图ID为监听到的节点中的恣意一个，由选中的节点鄙人一个信息同步发送阶段替代自己发送信息给终端。
图3数据帧格局
为了战胜各个节点守时不行准确的问题，需在每个帧之间参加维护间隔，在本协议中规划为发送一个字节的时刻。
即发送一帧数据需求5个字节的时刻。因而可以核算得到满足要求最低的波特率。依照最坏状况核算，总共需求256×3A“时隙，每个时隙由5个字节之间，每个字节10个位，所以波特率大于：
这儿为了留出余量设置为9 600 bps。
3 电路规划与软件规划
3.1 发射电路剖析与规划
在发射电路中(见图4)，咱们选用74HC00，可在3 V电压下作业，74HC()o完成了lO.7 MHz的载波发生，信号调制，功放驱动为一体。功放的额外输出功率是0.1 w。
3.2 接纳电路规划
接纳电路见图5。接纳机的前端选用了限幅电路，一个很小的%&&&&&%(22 pF)后边接2个方向相反的二极管到地。这样就确保了在收发天线很近的时分，接纳到的电压被约束在0.25 V。
操控收发的开关电路是有2个反向串联的1N4148和一个4.7mH电感串联一个5。6k电阻到单片机的I/O口。
图4发射电路
图5接纳电路
3.3 作业流程图
监测终端的软件重要使命就是发送同步信号，等候勘探节点回来的数据。并在液晶上显示出来。勘探节点的使命是守时收集数据，并在收到同步信号或许监测到其它节点的时分发送数据，并在收到中继恳求后供给中继服务。图6和图7就是终端软件和节点软件的流程图。
图6终端软件流程
图7节点软件流程
4 测验办法与数据
测验条件为：终端供电5 V。室温为26 qc。下面进行的是终端节点通讯间隔的测验。
终端、节点放置在同一水平面，在确保两天线对准的状况下，将间隔别离设为1 em，9 cm。将节点A和B别离放在终端两边，间隔为10 cm，测验温度，光照，编码预置功用。测验成果如表1(均有预置编码的功用，勘探推迟3 s)。
表1测验记载
下面进行的是中继节点转发测验。
将终端与节点A的间隔没为50 cm，两者不能正常通讯，将节点B刺进到两者中心，测验终端是否可以正常辨认2个节点，然后将A，B 2个节点交换，测验足否能正常辨认。测验成果如表2所示。
再次测验最大转发间隔，当A作为转发节点时，最大转发间隔为66 cm，当B作为转发节点时，最大转发间隔为80 em。
终究进行的是节点功耗测验。
坚持D1+I)2=50 cm。测验转发节点测验。
实测发现，2个节点都作为中继的时分，最大的电流时3 mA，均匀电流在2.4 mA。
5 测验成果剖析
温度、光照丈量：温度因为选用芯片内集成温度传感器，可选用温度计对温度准确度进行测验。通过算法补偿，在23～40℃的范围内，温度准确度在2℃以内。终端与节点的通讯间隔最远町达35 cm。节点完成r中继转发的功用。节点的电流十分小，在3 mA以内。
