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基于ZigBee的森林火灾监测系统设计【介绍】( 二 )

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2. 2. 2 RS-232 通信接口电路
通信芯片选用的是MAX3222 。MAX3222 使用单一电源电压Vcc，电压值在3. 3 ～ 5. 5 V 范围内都能正常工作，额定电流为300 A，可完成TTL 与RS-232 两种电平之间的转换 。另外，它还可以通过引脚控制驱动器和接收器的工作状态，启动或禁止自动降低功能，使其工作在不同的能耗，从而达到降低功耗的目的 。本系统MAX3222 的硬件连接电路如图2所示 。RXD0、TXD0、引脚分别与JN5121 模块的UART0相应管脚和I /O 接口相连，RXD、TXD、CTS 分别连接到系统的RS-232 接线端子上，完成上位机通信以及JN5121 模块的程序下载功能 。
2. 2. 3 驱动控制输出模块
森林面积大且地形复杂，很难采用有线电源为系统供电，为此选用的电磁阀一般为脉冲式电磁阀 。脉冲式电磁阀无需持续供电，通过瞬间的脉冲信号就能实现电磁阀的开关控制，非常适合在森林中应用 。脉冲式电磁阀的工作电压为直流电压12 ～ 40 V，它由三线制控制，分别为白线、红线和黑线 。白线为公共端接入线，当白线和红线之间产生一个12 V 以上的脉冲信号时，电磁阀打开; 当白线和黑线之间产生一个脉冲信号时，电磁阀关闭 。
2. 2. 4 存储电路模块
铁存储器( FRAM) 是一种非易失性随机存取储存器，它既可以进行非易失性数据存储，又可以像RAM一样操作 。在此，系统采用铁存储器FM25L256，它是具有先进铁电技术制造的32 kB 非易失性存储器 。
FM25L256 以总线速度进行写操作，无须延时，仅需几百纳秒; 当数据写入芯片后，下一个总线周期可以立即开始而无须进行数据轮询 。此外，FM25L256 具有无限的读写次数，且操作功耗非常低，工作电压在2. 7 ～3. 6 V 之间，工作静态电流低至5 A 。
2. 2. 5 实时时钟模块
实时时钟模块主要器件采用PCF8563 时钟芯片，它是低功耗的CMOS 实时时钟/日历芯片，提供1 个可编程时钟输出、1 个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递 。该芯片为系统提供时间基准，可以根据设置值采集数据，定时存入数据存储器，同时也能唤醒微控制器进行自动采集，满足对实时时钟芯片的各种需要 。
2. 2. 6 太阳能供电单元
由于普通电池不能满足系统长时间的要求，因此，系统采用太阳能供电单元 。该单元由太阳能电池组、充电控制器和蓄电池组组成 。充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的使用寿命，同时保护蓄电池，避免发生过充电和过放电现象 。
3 软件设计与实现
JN5121-000-M02 模块的软件是在Jennic 公司的Jennic CodeBlocks 环境下开发的，采用Jennic 公司已经编写好的MAC 层软件，则用户可通过C 语言编程完成应用层的开发 。
系统协调器设备( 主节点协调器) 的软件流程如图3( a) 所示 。主节点的主要功能是对ZigBee 网络中的各个子节点进行管理，将上位机监测终端下达的测控信息通过ZigBee 网络发送到需要测控的子节点，接收各个子节点的状态信息并将信息发回给上位机进行数据处理和保存 。系统的路由设备和数据采集控制总端( 子节点路由器和终端设备) 的软件流程如图3( b)所示 。子节点是整个系统的数据采集和控制设备的主要执行机构，它的主要功能是接收主节点的采集控制信息，对接入的不同传感器进行数据采集，并对电磁阀等设备进行控制 。其中，路由设备在完成数据采集控制的功能外，还具有ZigBee 网络数据路由中继功能 。
4 结束语
ZigBee 无线传感技术具有低成本、易实现、数据传输可靠和低功耗等特点，非常适合于森林火灾监测 。系统采用网状网络拓扑结构，保证系统稳定可靠，以最大限度地覆盖需要监测的区域，实时监测区域的环境因子，并根据数据变化及时发现易着火点的精确位置，真正为林火防治降低成本，提高效率 。

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