D-Link今天公布了一款采用802.11ac规范的无线路由器产品Cloud Router 5700，它采用的最新博通5G Wi-Fi芯片可以让无线传输速度最高达到1750Mbps，这比目前流行的802.11n规范快上好几倍。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/134730.htm 　　除了速度快之外，其内置的操作系统也非常有趣，它可连接USB设备来管理下载内容，并支持IPv6规范，以太网接口速度达到4Gbps，并有SPI防火墙和WPA2加密特性，售价189.99美元。

飞机、导弹、宇宙飞船等“上天”装备对自动控制系统的要求是众所周知的，而隧道掘进设备对自动控制系统的要求大家还比较陌生，俗话说“上天入地”，隧道掘进设备就是一种特殊的“入地”装备，隧道掘进设备的自动化控制与其他行业的自动化控制相比具有技术难度高、工作环境恶劣、PLC应用历史短、系统故障引起的危害可能波及地面建筑等特点，许多工程实例说明隧道掘进设备自动控制系统的任何小故障都有可能放大为大事故，由此可见隧道掘进设备对自动控制系统要求有多高。　　隧道掘进设备是一种存在振动的移动设备，它工作时会产生高温、高湿、高尘、高电磁干扰，几乎所有对自动控制系统不利的工作条件在隧道掘进设备中都存在，许多厂商的自动化元件在隧道掘进设备中应用时都或多或少发生过误动作，三菱电机的CC-Link通信网络和Q系列PLC在隧道掘进设备应用时还没有发现误动作，最近的一次实例是用于地铁二号线古北路站至中山公园站区间隧道施工的隧道掘进设备。该隧道掘进设备自动控制系统具有如下二个特点：　　①PLC输入输出点数多，开关量近1000点、模拟量100点以上。　　②PLC站间通信采用通信网络，PLC系统一次设计、分步实施，主PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC为基本PLC，4#PLC、5#PLC、6#PLC为扩展PLC，根据工程需要选用。　　　　1、CC-Link通信网络的结构　　CC-Link通信网络的结构如下图所示：主PLC为CC-Link网络控制PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC挂在CC-Link上组成隧道掘进设备分区域集散控制系统，承担隧道掘进设备的基本控制任务；4#PLC、5#PLC、6#PLC是隧道掘进设备自动控制系统的扩展部分，承担可以独立运行的单体设备的控制任务，它们根据需要挂上CC-Link通信网络。　　1#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、2#PLC、3#PLC送到CC-Link通信网络上的开关量信号和模拟量信号，控制隧道掘进设备2#台车与3#台车的设备，向CC-Link通信网络上传2#台车与3#台车的开关量信号和模拟量信号。共有DI128点、DO64点、AI8点，采用三菱电机的Q系列PLC。　　2#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、3#PLC送到CC-Link通信网络上的开关量信号和模拟量信号，控制隧道掘进设备4#台车与5#台车的设备，向CC-Link通信网络上传4#台车与5#台车的开关量信号和模拟量信号。共有DI64点、DO32点、AI8点，采用三菱电机的Q系列PLC。　　3#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、2#PLC送到CC-Link通信网络上的开关量信号和模拟量信号，控制隧道掘进设备本体和拼装区域的设备，向CC-Link通信网络上传设备本体和拼装区域的开关量信号和模拟量信号。共有DI128点、DO128点、AI24点、AO8点，采用三菱电机的Q系列PLC。　　4#PLC有二种控制模式，在就地控制模式下可以独立运行，在远程控制模式下接受主PLC的操作指令，向CC-Link通信网络上传4#PLC采集到的开关量信号和模拟量信号。共有DI24点、DO16点、AI16点，采用三菱电机的FX系列PLC。 上一页 1 2 下一页

21世纪的到来，特别是近年来自动控制技术和计算机技术的迅速发展，使得高科技正在由智能大厦走向智能住宅小区，目前“智能化”已经成为发展商开发建设住宅小区不可或缺的重要内容和卖点。建设部住宅产业化和设计司制定了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》。导则对智能化系统的功能做了明确的规定，对智能化住宅的总体要求是：高度的安全性；舒适的生活环境；便利的通讯方式；综合的信息服务；家庭智能化系统。对于住宅小区的类型、居住对象、建设标准的不同，根据功能要求、技术含量、经济合理等综合因素，可分为一星级（普及型）、二星级（提高型）、三星级（超前型）三种类型。普及型智能化小区定义为应用现代信息技术，达到以下功能要求： 住宅小区有计算机自动管理中心；水、电、气、热等自动计量计费，实行安全防范系统自动化监控管理；住宅的火警、有害气体泄漏等的自动报警；住宅紧急呼叫系统；对住宅的关键设备、设施实行集中管理，对其运行状态实行远程监控。 根据本报社宿舍小区的特点和管理要求，我们对宿舍区的智能化功能采取了分步实施的办法，首先实现对水的自动计量，待条件成熟后逐步对电、气进行自动计量，进而实现住宅紧急呼叫系统及对关键设备的自动化监控管理等功能。基于这样的要求，我们在选用小区智能化系统时必须考虑系统的使用性及可扩展性。目前有不少技术方案，其中应用最多的是使用单片计算机自行开发软件，安装于住宅公共部位，与管理中心主机用专用线相连接。此种方案虽然成本底，但系统软件不成熟、可靠性较差且今后扩展功能不易。可编程控制器具有可靠性好（平均无故障工作时间在10万小时以上），编程容易，指令运行速度快扩展功能容易等优点，并能提供开放式的现场总线，非常适合住宅小区智能化系统高可靠性的要求。我们采用三菱CC-LINK现场总线网络成功地在浙江日报竹竿巷住宅小区和凤起路住宅小区智能化系统中，已成功实现对水表自动抄表功能，获得了很好的效果，该系统可以随时容易地扩充监控点数，实现智能化住宅的其他功能。 二，系统硬件构成和原理： （一）CC-Link简介CC-Link是CONTROL＆COMMUNICATIONLINK的简称，它通过通讯网络，提供156KBPS至10MBPS的通讯速率（视系统通讯距离而定），最大通讯距离可达1200M（156KBPS速率）。CC-Link网络上可挂的各种模块（包括开关量I/O和模拟量I/O）以及子站控制器，每个CC-Link网的最大点数为2048，64站，可大大简化控制线路的布线。 （二）小区自动抄表系统的构成 为保证抄表系统的精度和日后的检验，抄表系统采用了宁波水表厂生产的LXSY-20E脉冲水表作为信号源，该水表每立方水流过时发10个脉冲。住宅土建建设时预先敷设信号电缆分别由各住户的水表处引至楼道远程I/O端子箱。其中浙江日报竹竿巷住宅小区有150余住户，均为多层共14个单元，每个单元设16点远程I/O一个，整个系统设主站控制器和液晶触摸屏一个，液晶触摸屏已中文翻页方式显示所有住户当前用水量，并可显示智能化小区的其他信息。凤起路住宅小区有多层6幢12个单元，每个单元设16点远程I/O一个，高层2幢共158户住户，分别设32点远程I/O三个，其余配置相同。 上一页 1 2 下一页

作为纺纱过程中的一道工序，并条介于精梳和粗纱之间。其主要任务是：并合、牵伸、混合、成条，将生条进一步加工成熟条，以提高棉条质量。并条工序是决定棉纺产品质量的关键，棉纺并条工序的工艺设备水平状况对棉纺产品的影响，越来越引起国内外棉纺专家的重视。 如图1所示为ASFA306型并条机的工艺过程，并条机机后是导条架，下面每侧各放6个或8个喂入棉条筒1，每侧棉条为一组。棉条经由导条罗拉2和给棉罗拉3，进入牵伸装置4，经过牵伸的须条沿前罗拉表面进入弧形导管6，聚拢成条后由紧压罗拉7压紧成光滑紧密的棉条，再由圈条盘8有规律的圈放在输出棉条筒9内。 目前，纺织厂的并条车间都是以人工看管机台为主，生产线的自动化程度很低，而且纺纱车间具有温度高、飞丝多、噪声大等特点，这种恶劣的环境对人的健康很不利，工作也易疲劳。为了提高生产率和产品质量，减轻工人的劳动强度，我院与海安纺机厂合作研制出ASFA-306新型高速并条机，并提出了基于CC-Link总线实现并条生产车间设备的联网，构造并条生产系统以提高生产的自动化程度。 二、CC-Link网络简介 CC-Link（Control＆CommunicationLink）是一类基于PLC系统的现场总线，是PLC远程I/O系统向现场总线技术的发展和延伸。CC-Link网络在实时性、分散控制、与智能机器通信、RAS功能等方面具有最新和最高功能，同时，它可以与各种现场机器制造厂家的产品相连，为用户提供各厂商设备的使用环境。该网络满足了用户对开放结构与可靠性的严格要求，它具有如下特点：◆CC-Link网络可以形成高速度及远距离的应用组态，使其能适应网络的多样性，在速率为156bps时，通信距离可达1200米加中继器后，通信距离更远；◆采用普通屏蔽双绞线，大大降低接线成本，抗干扰能力强；◆具备自动在线恢复功能，待机主控功能，切断从站功能，确认连接状态功能及测试和诊断功能，因此，可以构成具有高可靠性的网络。◆在CC-Link系统中可以连接下述三种远程元件：远程I/O—仅仅处理开关量的现场元件，例如数字式I/O或气动阀。远程装置—能处理开关量和数字量的现场元件，例如模拟量I/O、MELSEC-FX系列PLC。智能化远程—具有CPU并且能与主站和其它站通讯的现场元件，例如个人电脑。基于CC-Link的上述特点，我们选定CC-Link作为并条生产系统的现场总线。 三、系统硬件结构设计 1.系统配置并条工序通常分为头道并条和二道并条，其中1#、3#、5#并条机完成头道并条，2#、4#、6#并条机完成二道并条，八节并条机的生产车间的布局如图2所示。对应每台并条机有阀岛控制的操作机进行换空筒和推满筒操作。1#、2#传送带用以传送备用空筒，由变频器控制其启停等操作。3#传送带用以传送加工完到下一道工序的满筒，因其一直在动作，故直接由主站扩展的输出模块通过接触器来控制。并条生产系统的组成为：1个主通信控制站，8节FX2N系列PLC控制的并条机作为远程装置站，4个用于传感器信号输入的远程I/O模块，1个用于故障指示的远程I/O模块，8个控制操作机完成换筒操作的阀岛，1个人机界面，1台变频器以及1台个人电脑，所有这些模块都挂在CC-Link总线上。系统连线框图如图3所示。 上一页 1 2 下一页

前言： 自动化技术的发展与汽车制造行业有密不可分的关系，比如PLC技术的起源和发展都是在汽车行业首先开始，既而渗透到其他领域，现场总线技术的发展也是同样的情况，同时自动化技术的发展和在汽车行业的应用同样大大促进了汽车制造行业的飞速发展。 在中国，目前汽车制造业的自动化水平相对其他行业是比较先进的，在整车组装、喷涂、发动机、传送链等等基本上所有的环节，自动化技术的应用都是比较丰富的。 三菱电机的自动化产品和CC-Link在中国的汽车行业的应用非常广泛，在中国的绝大多数汽车厂中都有应用，为保证生产的高效、稳定、正常进行，发挥着重要的作用。下面着重介绍CC-Link在上海大众GOL油漆车间监控系统中的应用情况，反映CC-Link技术应用的一个侧面，为总线技术在汽车厂中的应用提供借鉴。 应用实例： 上海大众汽车有限公司的新款车型GOL实际上在原汽车二厂并线生产，由于老油漆车间的控制系统已经使用近十年，已远远不能满足现代化汽车制造的要求，因此，上海大众决定对其进行改造。本着先进、可靠、易维护等出发点，上海大众最终采用了我们的方案，即整个车间都采用日本三菱电机的PLC系统，并用CC-LINK把整个油漆车间设备联网，进行集中监控。 上海大众老油漆车间可以划分为几个工序：输漆、预处理、PVC漆、底面漆，并由地面链和悬挂链链条输送链连接整个车间，整个车间的控制系统如下图所示： 各部分功能和配置说明： 1．预处理：主要功能是根据不同工艺控制相关泵、阀的运行，有DI140点、DO160点。PLC采用三菱Q系列，并配有就地HMI，用于设备区域自动运行等设置及就地信息显示。 上一页1 2 下一页

2006年，美国国家半导体创新地研发出单对双绞线差分传输的串行解串器(SerDer) II 系列，这种串行化由于消除了在数据和时钟路径间的偏斜，简化了在单一个差动对上转换24位总线的工作。通过单对双绞线，可有助削减PCB的层数、缆线宽度以及连接器的尺寸和管脚，从而节省系统成本。 本文引用地址： 在传统的显示系统设计中，绘图控制器或绘图处理器(GPU)会传送有像素时钟和同步信号对齐的并行RGB颜色位，这些信号使用TTL电平，信号线有二十多条，在远程的LCD显示器连接中，有时会因缆线太厚，或者电源和EMC(电磁兼容性)等问题而导致并行总线不能超过20cm～30cm的长度。 为解决这个问题，美国国家半导体在90年代的中期与当时领导业界的TFT面板供货商一起研发了串行解串器(SerDes)(平面显示器-链接)系列。该传送器收集高至18位/24位的RGB信息(6位/8位色彩)以及三个控制信号和时钟，然后将它们转换成三个差动数据对和一个时钟对。线对减小到4对，使用LVDS传输，以解决EMC问题。是笔记本电脑液晶显示器液晶电视的显示屏接口标准。 DS90UR241/124的功能 DS90UR241/124是5-43MHz DC平衡的24位LVDS串行化器/并行化器，具有24:1和1:24的数据传输，具有用户定义的预加重，支持AC耦合的数据传输，嵌入了时钟和数据恢复(CDR)，电源电压3.3V ± 10%，具有广泛的用途。主要特点：一对差分双绞线传输，布线简单，成本低；24位数据串化/解串(18位的视频+控制信号+I2S的音频)；信号调理电路可将传输延长至10米，满足长距离传输要求；非常低的EMI，容易通过车规测试；数据中嵌入时钟，使得解串器端不需要参考时钟，减少系统成本；内建BIST模式(方便进行工厂测试/在线诊断)；通过AEC-Q100 2级(级认证资格)。 DS90UR241/DS90UR124在显示系统中的应用 显示系统的应用包括：中控台的显示，后坐头枕显示，汽车仪表显示，导航系统显示。其他的如：平视显示系统，后视显示系统，摄像系统/传感系统/其他的辅助驾驶系统。 一般的WVGA格式的显示屏采用800×480 WVGA分辨率，18位(色深，RGB666格式)，时钟频率30MHz左右。 图1： II DS90UR241/124功能框图。 图2：FPD-Link II显示信号切换应用(交叉开关)。

摘要：简要介绍了ZigBee技术协议以及和的性能和特点，设计了一种基于和的无线传感器数据采集系统，给出了具体的软、硬件设计方法以及实际测试结果。该系统选用高灵敏度的三轴加速度传感器芯片来采集机构的振动加速度信号，再通过支持ZigBee无线传输协议的把数据发送给接收装置。关键词：CC2420；MMA7260；ZigBee；数据采集 本文引用地址： 引言 随着工业测控系统规模的不断扩大以及数据采集的多样性，有线网络由于安装盒成本高昂以及使用不便等缺点受到很大的限制，而无线传感器网络凭借投资成本低、结构灵活、易于改造、无需布线等优势，在数据采集领域得到了比较广泛的应用。ZigBee无线传输协议是一种新兴的短距离、低功耗、低复杂度、低数据传输速率且低成本的双向无线网络通信技术，主要应用于工业控制、传感数据采集和系统监控等领域。工业中各种机构的振动对机械产品的工作性能有较大影响，机构疲劳损坏容易导致生产过程中事故的发生。因此，采用传感器来采集振动信号用于分析产品性能和预防事故的发生具有重大意义。 1 ZigBee技术协议简介 2002年8月ZigBee联盟成立，由英国Invenys公司、日本三菱电气公司、美国Motorola公司以及荷兰Philips公司组成。IEEE 802．15．4的ZigBee协议标准于2003年5月获得批准。ZigBee技术的物理层和数据链路层(包括逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC)协议主要采用IEEE 802．15．4标准，而ZigBee联盟主要负责网络层和应用汇聚层的开发，以及制定其安全协议和市场推广等。ZigBee协议体系架构如图1所示。 ZigBee的名字来源于蜂群赖以生存和发展的通信方式，故又称为“紫蜂”技术。该协议的拓扑结构包括星形、树状和网状拓扑结构，开发者可以根据不同的应用需求来选择相应的网络拓扑结构，从而有效地降低成本，提高系统运行效率。相对于其他无线通信网络技术，ZigB-ee具有如下特点： ①功耗低。在低功耗待机模式下，2节五号电池可支持长达6个月到2年左右的使用时间。 ②数据传输速率低，只有10～250 kbps。 ③成本低，工作频段灵活。由于数据传输速率低、协议简单，使用的频段分布在24 GHz、868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国)，均为免执照频段，大大降低了使用成本。 ④时间延迟短。正常通信情况下，时间延迟为l5～3O ms。 ⑤安全性高。提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用高级加密标准(AES-128)的算法，安全性很高。 2 CC2420和MMA7260芯片简介 CC2420基于Chipcon公司的Smart RF03技术，使用O．18μm的CMOS工艺生产，具有很高的集成度。该芯片具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16 MHz晶振等非常少的外围电路就能在2．4 GHz频段工作；并且提供一个SPI接口与微处理器相连，完成寄存器的设置和收发数据的任务。CC2420的选择性和敏感性指数都超过了IEEE 802．15．4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持的最高数据传输速率可达250 kbps，可以实现多点对多点的快速组网。 HFZ-CC2420EM-22 ZigBee射频模块是采用CC2420射频芯片制成的无线通信模块，支持ZigBee协议栈。该模块集成有天线和CC2420其他的外围器件，可以通过SPI接口直接与8位、16位或32位的MCU相连，使用方便。 MMA7260是飞思卡尔公司生产的低成本微型电容式三轴加速度传感器。它采用信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，提供±1．5g ／2g／4g／6g四个量程，用户可在这4个灵敏度中选择。该器件带有低通滤波并已做0g补偿，提供休眠模式，因而是电池供电的无线数据采集的理想之选。该芯片具有如下特性： ◆可选灵敏度，±1．5g／2g／4g／6g； ◆低功耗，工作时电流为500μA，休眠模式下为3μA； ◆低压运行，工作电压为2．2～3．6 V； ◆高灵敏度，在1．5g量程下为800 mV／g； ◆低通滤波器具有内部信号调理功能； ◆设计稳定，防震能力强。 上一页 1

引 言 高速数据采集系统可对相机采集得到的实时图像进行传输、实时处理，同时实现视频采集卡和计算机之间的通信。系统连接相机的接口用的是 接口，通过 接口把实时图像高速传输到FPGA图像采集卡中进行数据实时处理，并通过PCI接口实现采集卡和计算机之间的通信。本文主要研究数据采集系统 Cam-era 接口技术。 Link是专门为数字摄像机的数据传输提出的接口，是2000年10月由一些摄像头供应商和图像采集公司联合推出的。Camera Link简化了计算机和摄像头之间的连接。本设计选用Dalsa公司的DS-21-02M30相机，该相机支持Camera Link接口。相机数据通过Camera Link接口传输到一块Altera公司的FPGAStratixII中进行处理。在FPGA中进行数据的高速缓存，可以在FPGA中设计各种图像处理程序对图像进行实时处理。 本文引用地址： 1 DS-21-02M30相机简介 DS-21-02M30相机可提供高灵敏度的8／10位图像。为了同时获得卓越的分辨率和灰度级，DS-21-02M30相机图像分辨率为1 600×1 200，像素尺寸为7．4 μm×7．4 μm，像素数据输出时钟为40 MHz，最高帧频可达60帧／s。通过设定像素数据格式命令，可以设定像素数据为8位、10位。功耗低于15 W，供电电源电压为12～25 V。 通过异步串口向DS-21-02M30相机发送ASCII码控制命令和诊断命令，可以控制相机输出图像的增益、补偿、帧频、曝光时间、曝光模式和测试图像的输出，还可以对相机进行诊断。串口协议：1位开始位，8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位；通信波特率为9 600 bps(相机默认)，通过设定波特率命令可将其设定为19 200 bps、57 600 bps和115 200 bps。 DS-21-02M30相机共有4种曝光模式，可以通过设定曝光模式命令来为相机选择合适的曝光模式。 模式2：内部触发方式(相机的默认曝光模式)。帧频和曝光时间可用相应的命令控制。 模式3：最大曝光时间的外部触发方式。 模式4：外部触发方式。帧频和曝光时间都由外部触发信号控制，即外部触发信号的高电平阶段为曝光时间，外部触发信号的频率为帧频。 模式6：外部触发方式控制帧频，曝光时间可用相应内部命令控制。 DS-21-02M30相机的命令以ASCII码的形式发送。向相机发送命令时，以回车符作为结束。相机上电后，相机背后的指示灯闪烁，同时通过串口发送“CameraInitialization in process，Please Wait…OK>”字符串。当收到“OK>”字符串时，表明相机要开始传送图像数据，相机背后的指示灯不再闪烁。当相机收到有效的命令时，会返回“OK>”字符串作为应答；否则，返回“Error x：Error Massage>”字符串作为应答。其中，x为错误标号，Error Massage表示对错误的具体说明。相机的应答字符串以符号“>”作为结束符。 2 Camera Link结构与原理 Camera Link是专门为数字摄像机的数据传输提出的接口，专为数字相机制定的一种图像数据、视频数据控制信号及相机控制信号传输的总线接口，数据传输速率最高可达2．38 Gbps。该标准规定了接口模式、相机信号、端口配置、图像数据位配置、连接器引脚定义及连接线、标准接收器芯片组。采用这种标准后，使得数字摄像机的数据接口输出采用更少的线数，连接电缆更容易制造，更具有通用性，而且数据的传输距离比普通传输方式更远。其最主要的特点是采用了LVDS(Low VoltageDifferential Signaling，低压差分信号)技术，使摄像机的数据传输速率大大提高。 在Careera Link标准出现之前，业界有一些标准(如较流行的IEEE-1394：接口)作为一种数据传输的技术标准。IEEE-1394被应用到众多的领域，数字相机、摄像机等数字成像领域也有很广泛的应用。IEEE-1394接口具有廉价，速度快，支持热拔插，数据传输速率可扩展，标准开放等特点。但随着数字图像采集速度的提高、数据量的增大，原有的标准已无法满足需求。为了简化数据的连接，实现高速、高精度、灵活、简单的连接，在 NationalSemiconductor公司开发的Channel Link总线技术基础上，由多家相机制造商共同制定推出了Camera Link标准。基于Camera Link的数字相机的采集速度和数据量均好于基于IEEE-1394标准。 上一页 1

引 言 网络是当今国内外通信领域的一大研究热点，它在军事、民用及工商业领域都具有广阔的应用前景。在军事领域，通过网络，隐蔽地分布在战场上的传感器可将获取的信息回给指挥部；在民用领域，网络可在家居智能化、环境监测、医疗保健、灾害预测等方面得到广泛应用；在工商业领域，无线传感器网络在工业自动化、空间探索和其他商业用途卜得到广泛应用。 本文引用地址： 考虑到无线传感器网络在通信上消耗能量较大，故选用功耗较小的芯片作为通信芯片来设计节点。 1 无线传感器的特征 无线传感器网络由大量体积小、能耗低、具有无线通信、传感和数据处理功能的传感器节点组成。因此，传感器节点是尤线传感器网络的基本单元，节点设计的好坏直接影响到整个网络的质量。无线传感器主要负责对周围信息的采集和处理，并发送自己采集的数据给相邻节点或将相邻节点发过来的数据转发给基站或更靠近基站的节点。它一般由传感器模块(传感器、A／D转换器)、处理器模块(微处理器、存储器)、无线通信模块(无线收发器)和能量供应模块(电池)组成，如图1所示。 所有无线传感器都具有相同的功能，但在某一时刻，各个节点可能正在执行不同的功能。根据功能，可以把节点分成传感器节点、簇头节点和汇聚节点3种类型。当节点作为传感器节点时，主要是采集周围环境的数据(温度、光度和湿度等)，然后进行A／D转换，交由处理器处理，最后由通信模块发送到相邻节点，同时该节点也要执行数据转发的功能，即把相邻节点发送过来的数据发送到汇聚节点或离汇聚节点更近的节点；当节点作为簇头节点时，主要是收集该簇内所有节点所采集到的信息，经数据融合后，发往汇聚节点；当节点作为汇聚节点时，其主要功能就足连接传感器网络与外部网络(如Internet)，将传感器节点采集到的数据通过互联网或卫星发送给用户。 2 芯片的性能和结构特点 是Chipcon公司开发的首款符合Zigbee标准的2.4 GHz射频芯片，集成了所有Zigbee技术的优点，可快速应用到Zigbee产品中。Zigbee是建立在IEEE 802.15.4定义的可靠的PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层)之上的标准，它定义了网络层、安全层和应用层。Zigbee的协议架构如图2所示。 Zigbee技术的特点如下： a) 数据传输速率低：只有20～250 kbit／s，专注于低传输速率的应用。 b) 时延短：休眠激活时延和活动设备接入信道时延均为15 ms，典型的搜索设备时延为30 ms，这便可以使系统有更多的睡眠时问，从而大大降低能量消耗。 c) 功耗低：由于Zigbee的传输速率低，且采用了休眠模式，因此大大降低了功耗。单靠两节5号电池便可维持6到24个月，这是其他无线通信技术望尘莫及的。 d) 安全性高：Zigbee提供了基于CRC(循环冗余校验)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用高级加密标准(AES-128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。 e) 免执照频段：采用直接序列扩频在ISM(工业、科学、医疗)频段，2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)，均为免执照频段。 f) 网络容量大：Zigbee可采用星状、树状和网状网络结构，并采用IEEE标准的64-bit编址和16 bit短编址。由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时，主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65 000个节点的大网。 g) 可靠性高：采用了CSMA-CA技术来避免发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 h) 低成本：由于Zigbee数据传输速率低，协议简单，因此大大降低了成本。 CC2420芯片除了拥有以上Zigbee的所有优点外，还具有与微控制器的接口配置容易(四线SPI串行口)、接收与发送采用不同存储空间、所需外部元件较少以及采用QLP-48封装，外形尺寸只有7 mm×7 mm等性能特征。 CC2420芯片的内部结构如图3所示。天线接收的信号经低噪声放大器放大，并通过I／Q降频转换为2 MHz的中频信号。该信号再经滤波、放大、A／D转换、自动增益控制、终端信道过滤以及信号修正等，最终得到正确数据。当要发送数据时，先把要发送的数据放入容量为128字节的发送缓冲区。报头和起始帧由硬件自动生成。根据IEEE 802.15.4标准，将数据流的每4个比特扩展为32码片，然后送到D／A转换器。最后，经过低通滤波和上变频混频，并在能量放大器中进行放大后，交由天线发送。 3 节点设计 由于在设计中用到的传感器较少(主要是温度传感器和光传感器)，因此将传感器模块集成到处理器模块中。所以对节点设计的描述将分为处理器模块、通信模块和供电模块3部分。其中处理器模块选用ATmega128L作为处理器芯片，通信模块选用CC2420作为通信芯片，在电源方面，采用2节5号电池提供3V供电。 3.1 处理器模块 处理器是整个节点的中心，其他模块都要通过处理器来联系，因此处理器性能的好坏决定了整个节点的性能。ATmega128L芯片是ATMEL公司开发的一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。它有128 kB的系统可编程Flash存储器，4 kB EEPROM，以及4 kB的片内SRAM，同时还可以扩展外部存储器；采用先进的RISC结构，大部分指令在一个时钟周期内完成；有64个10引脚，都与通用单片机兼容；片内提供1个串行外围接口SPI、1个两线串行接口TWI和2个通用同异步串行接口，用于与外部元件的通信；并提供8通道10位采样精度的A／D转换器，该器件同时支持16路差分电压输入组合。 处理器与传感器的连接如图4所示。因为光传感器与温度传感器的工作原理相似，因此它们可采用同样的电路图。图中的R1为光敏电阻或热敏电阻，R2为10kΩ电阻，用于保护电路，加入电容C1是为使A／D转换器采样所得到的数据更精确。 电路的工作原理是：用ATmega128L的一个引脚给电路提供电源，从图中的电源端输入电路。R1的阻值根据光(R1为光敏电阻)或温度(R1为热敏电阻)的变化而发生变化，从而引起其压降的变化。将R1的负端与处理器的一个A／D转换器端口连接，处理器即可收到一个电信号，然后处理器启动A／D转换功能，将电信号转换为数字存入寄存器，当MCU需要处理或发送该数据时便可来取。利用下式可计算出十位二进制A／D转换器读数DADC。 式中：Vin为A／D转换器引脚的输入电压；Vref为参考电压。 上一页 1

锂离子(Li+)电池比其它化学类型的电池更脆弱，对于违规操作具有非常小的容限。因此，锂电池电路比较复杂，要求高精度电流、电压设置。如果无法满足这些精度要求，器可能无法将电池完全充满，进而降低电池寿命，或影响电池性能。 鉴于对Li+电池器的这些要求，对充电器设计进行完全测试并在整个工作范围内进行分段测试非常重要。然而，采用常规负载(即Li+电池)测试Li+电池充电器将非常耗时，而且在实验室和生产环境中也难于实现。为了简化测试过程，本文给出了一个电池仿真电路，可加快测试速度，在不带实际电池的情况下实现对锂离子电池充电器的测试。 -充电 锂离子电池充电过程的第一阶段需要中等精度的恒流()充电，然后在第二阶段过渡到高精度恒压()充电。 图1为用于锂离子电池充电器的-集成电路(MAX1737)的V-I特性曲线。这种类型的IC是消费类产品中所有锂离子电池充电器的核心。图中可清楚 看出CC (2.6V至4.2V电池电压)和CV (4.2V)区域。 图1. MAX1737的V-I曲线是Li+电池充电器的标准特性曲线 电池低于2.6V时，需要采用不同的充电技术。如果试图对放电至2.6V以下的电池充电，充电器须提供一个较低的充电电流(“调理电流”)，将电池电压充至2.6V。这是锂离子电池过放电时所必须采取的安全机制。VBATT 2.6V时强行进行快速充电，会使电池进入不可恢复的短路状态。 CC向CV阶段的过渡点的临界容差为± 40mV。之所以要求如此严格的容差，是因为如果CV过低，电池将无法完全充满；而CV过高，则会缩短电池的使用寿命。充电过程终止意味着检测到电池达到满电量，充电器必须断开或关闭。在CV阶段，当检测到充电电流降至快充电流或最大充电电流的一定比例(通常 10%)时终止充电。 Li+电池充电器参数测试 Li+电池充电器设计通常包括两个基本部分：数字部分(控制状态机)和模拟部分，模拟部分包括带有高精度(>1%)基准、可精确控制的电流/电压源。对锂离子充电器(不仅指IC)进行完全测试是一项非常棘手且耗费时间的工作，不仅仅限于对电流或电压值进行检验。 测试时，应该在整个工作范围对充电器进行分段检测：包括CC阶段、从CC到CV的切换、充电终止等。如上所述，测试的理想情况是采用常规充电器的负载：即Li+电池。然而，由于充电过程需要一小时甚至更长时间，使用锂电池进行测试非常耗时。根据具体测试条件的不同：例如大容量电池+慢速充电，小容量电池+快速充电以及其它可能组合，测试时间也不尽相同。 此外，充电过程无法在保证不损坏电池的前提下提高充电电流，因为充电电流受电池最大充电速率(即快速充电电流)的制约。对于消费类产品常用的电池，很少规定电流大于1C (在1小时内将电池完全放电的电流)。因此，大多数情况下完成整个充电周期所需要的时间往往超过两小时。如果需要重复测试，则需要将电池完全放电 — 这一过程仅仅比充电稍微短一些。或者，必须能够随时备有完全放电的电池。 另外可以使用一个模拟的理想负载替代真实电池进行负载测试。仿真时，应验证电路的直流响应和动态稳定性。然而，使用功率测试所用的标准负载进行电池仿真非常困难。与大多数电源测试使用的负载不同，电池不能简单地当作电阻或固定地吸入电流。如上所述，必须在整个工作范围内进行分段测试。以下介绍的Li+充电器测试电路完全满足这些要求。 选择电池模型负载 我们先讨论两个必须考虑但最终放弃的建模方法。电池负载建模的方法之一是：使用一个具有源出(放电)和吸入(充电)电流能力的电压源与代表电池内阻的电阻串联。由于Li+电池要求精确控制终止电压和充电电流，目前所有Li+充电器实际上是稳压电源转换器。 此外，由于稳压电源变换器(充电器)的稳定性取决于负载(电池)的动态特性，因此必须选择一个与模型非常相似的负载。否则，测试只能验证充电器本身的V-I特性。 如果只是进行一次性测试，可以使用并联型稳压器与电阻串联，这足以模拟电池的内阻，并且，这一简单的电池模型完全可以满足测试要求。这种方法的优势是由充电器本身供电。然而，更严格的测试需要更精确的模型。该模型采用内部电压源，电压值是充电过程中供给电池的总电荷的函数。 用恒流源对电池充电时电压将不断变化，以一定的正斜率上升。这是由于放电和其它电池内部化学变化过程中，电池正极周围累积的极化离子逐渐减少。因此，充电器的工作点取决于电池连接时间的长短，以及电池的工作历史。用大多数电子实验室能够找到的通用器件构建负载，以模拟这一复杂负载的模型很困难。 需要经常对充电电路进行测试，或必须详细描述电路特性时，准确模拟充电过程的电池非常有用。模拟过程需要连续扫描充电器的所有直流工作点。模拟电路还要显示结果，使操作人员可以查找问题、故障和干扰。如果模拟电路能够提供电池电压输出和信号，这些结果可以直接作为示波器信号。测试速度可以加快(从几小时到数十秒)，并可根据需要进行多次反复，比用真正的电池测试更方便。然而，测试速度加快后对确定充电电源的热效应不利。因此，可能需要额外的长时间测试，以便与充电电源和调节电路的热时间常数相吻合。 建立电池模型负载 图2电路模拟的是单节锂离子电池。充电器CC阶段的终止充电电压和快速充电电流由充电器设置决定。仿真器初始化时，可设置完全放电条件下内部电池电压为3V，但该电压可以提升到4.3V，以测试过充电情况。3V初始值通常用于低电池电压关断电路(用来终止锂离子电池放电过程)。这种设计专门针对终止充电压为4.2V的标准CC-CV锂离子电池充电器。该设计调整起来很容易，能够适应非标准终止电压和完全放电电压的测试。测试时充电器用高达3A的充电电流驱动仿真电路，受功率晶体管功耗的限制。图2电路模拟了电池电压增加的情况，电池电压是从仿真电路设置为完全放电状态开始，电路充电电流的函数。 根据图中给出的参数值，充电电流为1A时，积分时间常数使模拟电路在6至7秒内达到充电器的4.2V限制。对电流范围、内阻、充电终止电压和完全放电电压的模拟是在锂离子电池(本例中指Sony US18650G3)典型参数的基础上完成的。所仿真的电池电压没有考虑环境温度的影响。 图2单节Li+电池充电情况的仿真电路，该电路可以在不使用实际电池的情况下测试Li+电池充电器 并联稳压器设计采用MAX8515并联稳压器和一对双极型功率晶体管(选择该稳压器时考虑了其内部基准电压的精度)，大电流TIP35晶体管安装在能够耗散25W热量的散热器上。 MAX4163双运放的其中一个放大器用来对充电电流积分，另一个放大器对电流测量信号进行放大和偏置。该运算放大器具有较高的电源抑制比，并可支持满摆幅输入/输出范围，简化了两种功能电路的设计。注意，与电池仿真器正端串联的0.100Ω电流检测电阻同时也作为电池内阻。 在具有自动测试-数据采集功能的系统内工作时，可用外部信号将仿真电池复位到完全放电状态。另外，手动操作测试设置时，可用按键复位。 利用单刀单掷开关可以选择仿真电池的两种工作模式。掷向A端时，实现积分充电仿真器，如上所述。掷向B端时，仿真器将设定在某一固定的直流工作点对充电器进行现场测试时的输出电压和吸电流。为实现这一功能，“设置”电压可通过改变50kΩ可变电阻，在2.75V至5.75V之间手动调整。这些设置电压值与内部吸入电流有关。仿真器端实测电压(VBATT)等于设定电压加上吸电流流经仿真电池内阻(0.100Ω电阻)产生的压降。仿真电路工作时的电源取自电池充电器输出。 仿真电路的性能 图3为模拟锂离子电池充电至4.2V时获得的典型V-I波形。从图中可以看出两个测试过程：一个是以1A初始快充电流充电(曲线B和D)，另一个是以2A快充电流充电(曲线A和C)。这两种情况下，首先进入CC阶段充电，直到电池电压达到终止电压4.2V。在此之后，电流呈指数衰减，而仿真电池的电压保持不变。充电电流为2A时到达终止电压所需的时间更短，与预期设计相同。然而，请注意，电流加倍不会使充电时间减半，只会使到达CV模式的时间减半，与真实电池负载的测试情况一样。 图4为两个不同设置电压：3V和4.1V时的吸电流V-I曲线。两个曲线的动态电阻(用斜率表示)仅仅是由0.100Ω电阻模拟的电池内阻。 图3根据图2电池仿真电路绘制出的图形，快速充电波形表明两种条件下电池充电器的工作情况，分别是：CC阶段提供1A (曲线B和D)和2A (曲线A和C)充电电流 图4图2电路在电压为4.1V (上部曲线)和3V (下部曲线)时的吸入电流，两种情况下斜率均代表0.1Ω内阻 结语 由于锂离子电池充电过程需要一小时或更长时间，利用实际负载测试锂电池充电器将非常耗时，而且往往不切实际。为了加快电池充电器测试，本文介绍了一个简单电路，用来模拟锂离子电池。该电路提供了一个不使用实际电池对锂电池充电器进行测试的有效手段。