MSP430與SIM300的硬件連接通過RX、TX和GND三線連接。處理器用USART0串行通信口通過此三線運(yùn)用異步通信模式向GPRS模塊寫入AT命令，以達(dá)到控制其發(fā)送短信的目的。具體硬件連接圖如圖4所示。

傳感器與單片機(jī)的連接通過將傳感器的輸出端連接到單片機(jī)上相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道接口。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要通過TI公司提供的編譯器IAR Embedded Workbench 430 4.21進(jìn)行編程，通過對(duì)SPI口、ADC口、定時(shí)器以及CC2420的配置，完成一系列數(shù)據(jù)收發(fā)。本文將以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，將系統(tǒng)程序分為數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收模塊予以介紹。

2.1 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

本模塊主要負(fù)責(zé)控制傳感器定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，最后通過設(shè)置CC2420將數(shù)據(jù)通過2.4 GHz信道發(fā)送出去。

程序首先對(duì)單片機(jī)的各個(gè)需要模塊進(jìn)行初始化，再通過SPI串口對(duì)CC2420進(jìn)行配置寄存器以及設(shè)置源地址、目的地址等。初始化完成后，單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式等待定時(shí)中斷到來。通過軟件設(shè)置，可以設(shè)定采集數(shù)據(jù)周期。當(dāng)采集數(shù)據(jù)數(shù)目達(dá)到預(yù)定值后，將按預(yù)先規(guī)定格式將所采集數(shù)據(jù)、目的地址等依次寫入發(fā)送緩沖器，然后發(fā)送出去。按照自定義協(xié)議，若數(shù)據(jù)成功接收，發(fā)送端將會(huì)接收到確認(rèn)幀。具體發(fā)送流程如圖 5所示。

2.2 數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收模塊的功能是把從發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)控制GPRS模塊，將數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送出去，具體程序流程如圖6所示 。初始化過程與數(shù)據(jù)采集模塊相同，初始化完成后單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式等待接收數(shù)據(jù)。在配置CC2420時(shí)，已預(yù)先設(shè)置好觸發(fā)FIFOP中斷的條件，當(dāng)接收數(shù)據(jù)長度超出預(yù)設(shè)值時(shí)，F(xiàn)IFOP電平變化，觸發(fā)單片機(jī)中斷。CC2420首先進(jìn)行地址確認(rèn)，若數(shù)據(jù)中的目的地址與本節(jié)點(diǎn)地址吻合，則地址確認(rèn)成功，硬件自動(dòng)發(fā)送確認(rèn)幀。發(fā)送后，按照協(xié)議規(guī)定，依次讀出幀長度、控制幀以及用戶數(shù)據(jù)等。通過對(duì)收到數(shù)據(jù)的分析，在應(yīng)力數(shù)據(jù)值超過預(yù)定門限值時(shí)，調(diào)用函數(shù)將應(yīng)力數(shù)據(jù)通過短信發(fā)送到監(jiān)測(cè)人員手機(jī)。

另外，傳感器采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送的整型數(shù)據(jù)需要通過ASCII碼轉(zhuǎn)換將其變?yōu)樽址蛿?shù)據(jù)才能發(fā)送。將編碼后的數(shù)據(jù)封裝到AT命令中，然后通過串口寫入GPRS模塊便可達(dá)到發(fā)送短信的目的。

3 模擬驗(yàn)證

通過鋼條模擬橋梁狀況，用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。在9 V干電池供電的情況下，通過施加給鋼板不同大小的垂直作用力，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的形變量，電壓信號(hào)可從2 V～1 V變化。相應(yīng)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和線性處理后的數(shù)字信號(hào)，指示的數(shù)據(jù)可從0 N～80 N之間進(jìn)行對(duì)應(yīng)的線性變化。通過軟件設(shè)置大約20 s的采樣間隔，并設(shè)置固定門限值后，在人力施加外力導(dǎo)致鋼板形變大約15 s后能接收到短信報(bào)警信號(hào)，并能顯示相應(yīng)的應(yīng)力值。

本文介紹的應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將高性能、低功耗的MSP430單片機(jī)與射頻模塊和GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，通過利用2.4 GHz頻段的便捷通信使遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控變得更容易，同時(shí)大大降低了人力物力的消耗。節(jié)點(diǎn)在低功耗模式下，功耗電流可低至36 μA,使用單節(jié)AA電池供電就可以支撐較長時(shí)間。無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ剑瑪[脫了由于布線受地理因素影響的限制。該系統(tǒng)硬件連接簡單，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)，功耗極低，便于長期使用。

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