談Z-Stack通信協議棧紅外地溫采集電路設計范文
本站小編為你精心準備了談Z-Stack通信協議棧紅外地溫采集電路設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
我國早年進行氣象觀測時，由于技術限制，只能選擇人工觀測，在很多時候都需要依賴經驗，因而在預測準確性方面略顯不足，而當前伴隨微電子技術的快速進步以及各類傳感器的研發，氣象觀測方式已經逐漸轉化為自動觀測。傳感器設備不斷應用在氣象觀測中，智能化技術也在逐步作為技術支撐，對于氣象要素實測已經開始采用智能傳感器設計方案。對地表下墊面進行溫度測量時，利用ZigBee這一軟件當中的z-stack通信協議棧對地表溫度進行采集的主要設計構想便是將差分與單端電壓兩種采集電路進行有效結合，最終實現智能紅外溫度采集與存儲。這整個采集系統的設計過程當中，有兩個問題需要特別注意，首先便是設計中所使用傳感設備要嚴格與IEEE11傳感器的接口要求相匹配，另一方面需要注意設計得到的系統應嚴格符合地面氣象觀測相關標準，由于該設計主要進行地表溫度觀測，因此在設計過程當中必須充分考慮地面氣象觀測技術指標，盡可能滿足地面觀測系統的穩定性與準確性要求。
紅外地溫采集電路在進行總體系統的設計時，必須保證各個處理模塊的高性能，因此針對于數據處理協調部分所采用的核心處理器為性能非常良好的射頻收發處理設備，另外該設備的成本較低，可以有效減少采集電路的整體設備費用。系統總體設計結構如圖1所示。該地表溫度采集電路的組成部分包括有MCU核心電路、外部時鐘電路、智能紅外信號采集電路以及通信軟件系統四個部分。這四個部分在進行設計時不會互相干擾，而是選擇獨立模塊，并針對各部分模塊分別開展更新與測試，以及后期的維護工作，這一結構設計不僅使得采集電路的穩定程度大大增加，還加強了各部分電路的工作效率，提升了智能采集電路在實際運行當中的容錯率。
1.1MCU核心電路
MCU核心電路是在進行紅外地溫檢測的氣象指標智能化傳感系統的核心設計，主要功能包括對測溫系統各個部分電路實現信息交流，并對各電路的功能運轉根據實際情況進行實時調整與調度，除此之外，該核心電路還能夠實現電子數據表格當中大量信息的處理以及存儲，因此該核心電路的設計非常關鍵。該核心電路的根本組成成分便是CC20最小系統，而該最小系統又主要由CC20F256芯片以及相關射頻等電路共同組成。該芯片可以向MCU核心電路提供晶振，保障時鐘電路的正常運行，若在MCU核心電路的輸入端添加去耦電容，則可大大增強紅外地溫采集系統的可靠性與穩定性。
1.2外部時鐘電路
在進行智能紅外地溫采集電路設計時，外部時鐘電路當中最為核心的元件便是DS31芯片，這一芯片同樣滿足采集電路的設計標準：高性能與低成本。該時鐘電路不僅能夠提供相當穩定的振蕩，并且經過測試，其時鐘計時可以達到相當高的精度，外部時鐘電路的設計圖如圖2所示。
2紅外地溫信號采集電路設計
對溫度信號進行采集主要用到的電路是模數轉換器，這種轉換器通常采用CPU外置的方式，不僅具有超低能耗，還能夠有效減少溫度采集過程當中產生的噪音干擾，采集到的溫度信號精度非常高，能夠有效的進行前端模擬，且僅差分模擬通道電路就有三個，實際運行時通過電路的電流僅僅只有400µA。除此之外，增益儀表放大器以及電壓發生器、基準電流源以及電壓源均可編程，在傳統采集電路的基礎上加入了智能化因素，使得整個溫度測量系統的準確性得到更高強度的保障。在進行地表溫度信號采集時，主要將差分與單端電壓兩種采集電路進行有效結合。在采集系統中保障采集精度的主要設備便是紅外溫度傳感器，當前使用最為廣泛的型號便是IRR-P，在這一傳感器與模數轉換器當中加入一個電壓跟隨器，以提升模數轉換器的輸入阻抗，進而提升信號放大增益，保障信號質量。該傳感設備的主要組成部分包括熱點堆以及熱敏電阻，這兩部分在輸出時信號單位均為毫伏電壓，另外為避免傳感器體溫可能會對所測量溫度造成的影響，必須對傳感器溫度進行部分修正。熱點堆與熱敏電阻的作用并不相同，熱點堆在該地溫采集系統當中的主要作用是對不同墊層地表溫度進行測量與記錄，而熱敏電阻的主要功能則是對傳感器自身體溫進行測定，為后續的地表溫度修正過程奠定基本的數據基礎。
3紅外地溫采集電路軟件系統設計
Z-Stack通信協議棧程序設計主要采用的程序語言為C語言，并以IAR作為基本開發平臺，并采用ZigBee通信軟件當中的Z-Stack通信協議棧作為基本工具，來實現地溫采集電路系統軟件部分的設計。
3.1Z-Stack通信協議棧程序設計
通信協議棧的主要作用是對采集電圖2紅外地溫采集系統外部時鐘電路設計路的通信工作進行協調與整合，描述采集電路中硬件部分與軟件部分如何進行層級協作。ZigBee這一通信軟件中使用的通信協議棧便是Z-Stack，這一協議棧主要結構表現形式為功能分層。智能紅外地溫采集電路得到傳感溫度數據之后，協議棧當中的第三分層協調器就可將溫度信號進行排序，并按照由高層至底層的順序使信號從各個協議層之間通過，并在每一協議層當中添加質量控制信息，由主采集器對輸出的各項氣象要素數據進行分析與整合。
3.2傳感器應用程序設計
地溫采集電路當中的傳感器應用程序設計部分的主要功能包括：對外部時鐘電路進行保護、對地表溫度數據進行采集、處理以及存儲。在進行溫度采集時應用到的狀態共有四種，分別是空閑、采集、完成以及復位，以上四個狀態完成則代表一個周期的地表溫度數據采集結束。對于采集電路得到的具體溫度信息，對其采取一定的算法便可以獲取到具體對應的氣象要素數值，對該數值再進行質量控制算法的應用，便可將該數值輸出，并按照輸出值得到對應的標志位編碼。
結語：
采用Z-Stack通信協議棧進行智能紅外方式的地表溫度設計，設計步驟非常復雜，在進行實時信息采集時，首先應用采集系統的串口軟件進行相應的調試與校正，若通過系統測量后結果同設計要求相一致，則該采集電路便可以正常的數據格式進行溫度信息輸出。為保障該智能紅外系統能夠具有更高的可靠性與實時性，在設計時便將傳感器技術以及智能化技術融入其中，加強采集電路對于各項氣象要素的敏感程度以及監測水準，并對地表各個墊層的溫度資料進行完善。
作者：王欣 單位：蘇州高等職業技術學校