精品文檔-下載后可編輯基于S12的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要闡述基于藍(lán)牙技術(shù)的無(wú)線傳感器技術(shù)模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)描述了MC9S12DT128單片機(jī)在CodeWarrior開發(fā)環(huán)境下模/數(shù)轉(zhuǎn)換的中斷控制方式，以及主從藍(lán)牙模塊的驅(qū)動(dòng)過(guò)程。系統(tǒng)包含主從2個(gè)藍(lán)牙模塊：主藍(lán)牙模塊由PC機(jī)控制；從藍(lán)牙模塊采用Freescale公司的MC9S12DT128單片機(jī)作為處理器。關(guān)鍵詞無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙技術(shù)MC9S12DT128

引言微傳感器技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無(wú)處不在的、具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，密集布設(shè)在無(wú)人值守的監(jiān)控區(qū)域，構(gòu)成的能夠根據(jù)環(huán)境自主完成制定任務(wù)的“智能”自治測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期在無(wú)人值守的狀態(tài)下工作，無(wú)法經(jīng)常為傳感器節(jié)點(diǎn)更換電源，因此能耗成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須盡可能降低系統(tǒng)能耗。本文以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為理論依據(jù)，以教學(xué)樣機(jī)系統(tǒng)為開發(fā)目標(biāo)，提出了以MC9S12DT128為處理器，由藍(lán)牙無(wú)線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。1硬件設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)原理作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，本系統(tǒng)由傳感器單元、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理單元（由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)）、從藍(lán)牙模塊、主藍(lán)牙模塊以及PC工作站7部分組成，如圖1所示。具體工作過(guò)程是：傳感器采集的環(huán)境中的信號(hào)量經(jīng)過(guò)調(diào)理電路，送至MC9S12DT128單片機(jī)的模擬量輸入端口；由單片機(jī)內(nèi)置的ATD模塊實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理，將處理完畢的信號(hào)通過(guò)UART傳送至從藍(lán)牙模塊。主藍(lán)牙模塊由PC機(jī)控制，主從藍(lán)牙模塊通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

*Freescale大學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目。圖1系統(tǒng)原理框圖1.2MC9S12DT128簡(jiǎn)介MC9S12DT128是Freescale公司的高性能16位單片機(jī)，采用5V供電，內(nèi)核為比68HC12的內(nèi)核CPU12更快的S12，總線頻率可達(dá)25MHz。其特點(diǎn)是擁有豐富的I/O模塊和工業(yè)控制專用的通信模塊，如圖2所示，工業(yè)應(yīng)用非常廣泛。圖2MC9S12DT128片內(nèi)資源MC9S12DT128單片機(jī)內(nèi)部帶有5V轉(zhuǎn)換為2.5V的電壓調(diào)整器，其內(nèi)核電壓僅為2.5V，功耗很低；片外I/O采用5V供電，但輸出功率軟件可調(diào)，可將輸出功率降低為全功率的50%。此外，單片機(jī)提供了停止模式、休眠模式和等待模式3種低功耗的工作模式供用戶選擇；也可將部分通信模塊設(shè)置為休眠模式，以降低系統(tǒng)的功耗。MC9S12DT128不僅運(yùn)算速度快，而且功耗可以降至很低，適用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。1.3主從藍(lán)牙模塊本系統(tǒng)包含相互配對(duì)的主從兩個(gè)藍(lán)牙模塊。從藍(lán)牙模塊為日立公司的DOCENGMBM0202藍(lán)牙模塊，遵從藍(lán)牙1.1規(guī)范，射頻輸出為class2級(jí)。其支持多種接口：USB接口、UART接口、PCM語(yǔ)音接口、PIO通用I/O口和ISP接口。另外，本系統(tǒng)中采用UART實(shí)現(xiàn)MC9S12DT128和藍(lán)牙模塊之間的通信，以及藍(lán)牙模塊的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)的傳輸。主藍(lán)牙模塊采用基于CSR的BlueCore02芯片開發(fā)的金甌藍(lán)牙開發(fā)平臺(tái)3.0版。它提供了UART、RS232、USB、SPI接口供用戶進(jìn)行開發(fā)、調(diào)試，音頻接口可進(jìn)行藍(lán)牙語(yǔ)音的傳輸。本系統(tǒng)中PC機(jī)通過(guò)RS232接口控制主藍(lán)牙模塊。1.4傳感器選擇為降低系統(tǒng)能耗，本系統(tǒng)所選用的傳感器均為低功耗的小型傳感器。其中，溫度傳感器選用Maxim公司的MAX6611。正常工作狀態(tài)下，供電電流僅為150μA，功耗為0.75mW；在SHDN腳接地時(shí)處于省電狀態(tài)，供電電流僅為1μA，功耗僅為5μW。濕度傳感器選用Honeywell公司的HIH4000，其正常工作狀態(tài)下的供電電流僅為200μA，功耗為1mW。壓力傳感器選用Motorola公司的MPX4100A，其正常工作狀態(tài)下的供電電流為7mA，功耗為35mW。3個(gè)傳感器在正常工作狀態(tài)下的總功耗為36.75mW；在節(jié)電工作狀態(tài)下，總功耗為36.005mW。2軟件設(shè)計(jì)2.1MC9S12DT128的中斷控制方式本系統(tǒng)中，MC9S12DT128采用集編輯、編譯、調(diào)試、程序于一體的開發(fā)環(huán)境CodeWarrior4.5進(jìn)行開發(fā)。CodeWarrior4.5是一種交叉編譯器，支持語(yǔ)言（如C、C++和Java），以及大部分微控制器的匯編語(yǔ)言。中斷控制方式是微處理器發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，是提高CPU的工作效率、降低系統(tǒng)功耗的有效方式。在CodeWarrior4.5下，中斷函數(shù)的定義只有2種方法：采用pragmaTRAP_PROC或者interrupt關(guān)鍵字進(jìn)行定義。具體使用方法分別為（假定中斷函數(shù)名為INCount）：①#pragmaTRAP_PROCvoidINCount(void){Tcount++;}②interruptvoidINCount(void){tcount++;

}對(duì)應(yīng)于中斷函數(shù)不同的定義方式，CodeWarrior4.5下初始化中斷向量表也有2種方法：①采用VECTORADDRESS或者VECTOR關(guān)鍵字。具體實(shí)現(xiàn)方法為，在工程的.prm文件中加入中斷函數(shù)的入口地址：

VECTORADDRESS0x8AINCount其中，0x8A為中斷入口地址?；蛘?，加入中斷向量標(biāo)號(hào)：

VECTOR69INCount其中，69為中斷向量標(biāo)號(hào)。②采用關(guān)鍵字interrupt。具體實(shí)現(xiàn)方法為在中斷函數(shù)定義時(shí)加入中斷向量標(biāo)號(hào)：interrupt69voidINCount(void){tcount++;}其中，69為中斷向量標(biāo)號(hào)。2.2A/D轉(zhuǎn)換中斷方式的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中，傳感器采集到模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換是通過(guò)單片機(jī)的ATD模塊實(shí)現(xiàn)的。對(duì)ATD模塊采用中斷的控制方式，可以節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)執(zhí)行速度。首先，必須在ATD模塊的初始化程序中將ATD模塊設(shè)置為中斷模式，啟用ATD轉(zhuǎn)換完成中斷。轉(zhuǎn)換完成中斷函數(shù)名為ATD0，其功能為讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，采用interrupt關(guān)鍵字進(jìn)行定義：#pragmaCODE_SEGATD0Interrupt_SEGinterruptvoidATD0(void){ATD0STAT0_SCF=0;//關(guān)中斷MeasureResult\[0\]=ATD0DR0H;MeasureResult\[1\]=ATD0DR0L;MeasureResult\[2\]=ATD0DR1H;MeasureResult\[3\]=ATD0DR1L;MeasureResult\[4\]=ATD0DR2H;MeasureResult\[5\]=ATD0DR2L;}#pragmaCODE_SEGDEFAULT中斷函數(shù)入口通過(guò)在預(yù)編譯文件中添加ATD中斷入口地址0xFFD2實(shí)現(xiàn)，即在PE_Multilink_CyclonePro_linker.prm中加入語(yǔ)句：VECTORADDRESS0xFFD2ATD0MC9S12DT128的Flash空間為128KB，采用分頁(yè)管理方式，其地址分配為：RAM=READ_WRITE0x0400TO0x1FFF;/*unbankedFlash*/ROM_4000=READ_ONLY0x4000TO0x7FFF;ROM_C000=READ_ONLY0xC000TO0xFEFF;/*bankedFlash*/PAGE_38=READ_ONLY0x388000TO0x38BFFF;PAGE_39=READ_ONLY0x398000TO0x39BFFF;PAGE_3A=READ_ONLY0x3A8000TO0x3ABFFF;PAGE_3B=READ_ONLY0x3B8000TO0x3BBFFF;PAGE_3C=READ_ONLY0x3C8000TO0x3CBFFF;PAGE_3D=READ_ONLY0x3D8000TO0x3DBFFF;可以看到Flash空間被劃分為兩部分：unbankedFlash以及bankedFlash。對(duì)于bankedFlash，定義在其空間內(nèi)的函數(shù)只能被本頁(yè)的程序所調(diào)用；而定義在unbankedFlash內(nèi)的函數(shù)則可以為工程內(nèi)任意程序所調(diào)用。中斷函數(shù)想要正確地響應(yīng)中斷請(qǐng)求，必須放在unbankedFlash內(nèi)，因此需要將中斷函數(shù)置于特定的位置?？梢詮腁/D中斷函數(shù)ATD0的定義中看出，ATD0被定義在CODE_SEGATD0Interrupt_SEG部分。CODE_SEGATD0Interrupt_SEG是自己定義的ATD0中斷代碼段，其存放位置在PE_Multilink_CyclonePro_linker.prm文件的PLACEMENT關(guān)鍵字下定義：PLACEMENTATD0Interrupt_SEG，COPYINTOROM_C000這樣，就將ATD0Interrupt_SEG的位置定義在了unbankedFlash空間的ROM_C000。，在工程中建立ATD0Interrupt.c文件，在其中聲明中斷函數(shù)ATD0()為外部函數(shù)：#pragmaCODE_SEGATD0Interrupt_SEGexternvoidATD0();#pragmaCODE_SEGDEFAULT這樣，就能保證置于任意存儲(chǔ)空間的主程序在請(qǐng)求中斷時(shí)，都可以得到及時(shí)、正確的中斷響應(yīng)。2.3主從藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)藍(lán)牙技術(shù)是一種使用2.4GHz頻段的短距離無(wú)線通信技術(shù)。與其他幾種無(wú)線通信方式比較，藍(lán)牙的傳輸速率并不是快的，但由于其具有主從式的自組織微微網(wǎng)、低功耗、頻段的開放性等優(yōu)勢(shì)，因此在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中具有良好的前景。本設(shè)計(jì)中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊正是采用藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)的。傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果需要通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線通信傳至PC機(jī)。藍(lán)牙系統(tǒng)能夠支持2種連接，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接。這就形成了2種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：微微網(wǎng)和散射網(wǎng)。本系統(tǒng)屬于只有一個(gè)從設(shè)備的微微網(wǎng)。這個(gè)微微網(wǎng)中，主藍(lán)牙為與PC機(jī)相連的藍(lán)牙模塊，從藍(lán)牙由與單片機(jī)相連的藍(lán)牙模塊擔(dān)任。主從藍(lán)牙的區(qū)別在于：主藍(lán)牙可以主動(dòng)發(fā)出指令搜索藍(lán)牙設(shè)備，建立和斷開鏈接；而從藍(lán)牙則必須等待主藍(lán)牙的指令才能開始工作。PC機(jī)與主藍(lán)牙模塊、單片機(jī)與從藍(lán)牙模塊之間都是串行通信，波特率為57600b/s。主從藍(lán)牙模塊的初始化過(guò)程大致相同，通過(guò)串行通信順序發(fā)送如下10條指令：Reset\[01030C00\]Read_Buffer_Size\[01051000\]Clear:Set_Event_Filter\[01050C0100\]Write_Scan_Enable\[011A0C0103\]Write_Authentication_Enable\[01200C0100\]Write_Voice_Setting\[01260C026000\]Set_Event_Filter\[01050C03020002\]Write_Connection_Accept_Timeout\[01160C020020\]Write_Page_Timeout\[01180C020030\]Read_BD_ADDR\[01091000\]藍(lán)牙模塊接收指令后返回相應(yīng)的指令執(zhí)行狀態(tài)，處理器判斷返回的指令狀態(tài)，確定無(wú)誤之后，才能發(fā)送下一條指令；否則，當(dāng)前指令必須重新發(fā)送。主從藍(lán)牙模塊的工作流程如圖3所示。圖3主從藍(lán)牙模塊工作流程采用VC6.0開發(fā)監(jiān)控程序，將藍(lán)牙指令封裝在函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)主藍(lán)牙模塊的控制。具體包括：初始化并驅(qū)動(dòng)其開始工作，主動(dòng)搜索從藍(lán)牙模塊，完成鏈接，并將指令執(zhí)行狀態(tài)及搜索到的藍(lán)牙設(shè)備地址顯示出來(lái)；控制與從藍(lán)牙模塊的通信，對(duì)主藍(lán)牙模塊接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)，顯示溫度、濕度、壓力傳感器的測(cè)量結(jié)果。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。圖4樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果結(jié)語(yǔ)本系統(tǒng)以MC9S12DT128為處理器，采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信，完成了一個(gè)具有3個(gè)傳感器的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊的開發(fā)。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)具有功耗低、穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定等特點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)是建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)微傳感器節(jié)點(diǎn)的有益嘗試。

參考文獻(xiàn):

[1].MC9S12DT128datasheet/datasheet/MC9S12DT128_1022330.html.[2].68HC12datasheet/datasheet/68HC12_81599.html.[3].S12datashe