甲烷浓度检测的无线传感器网络节点设计.pdf

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1、2014钲仪表技术与传感器2014第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6甲烷浓度检测的无线传感器网络节点设计杨志刚，孟立凡，徐青(1．中北大学，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．中北大学，电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)摘要：针对检测特定环境中甲烷气体浓度的需要，设计一种可实现甲烷气体浓度检测和报警的无线传感器网络节点。该节点采用多个MJC4／3．0L型甲烷传感器采集甲烷浓度信号，以MSP430超低功耗单片机为核心，实现数据采集、存储、处

2、理和传输等功能，应用贝叶斯估计的多传感器数据融和方法，降低了传感器故障对检测结果的影响，同时提高了检测结果的准确性和可靠性。关键词：甲烷检测；多传感器数据融合；贝叶斯估计；无线传感器网络节点；低功耗中图分类号：TN925文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)06—0069—03DesignofWirelessSensorNetworkNodeforMethaneConcentrationDetectionYANGZhi—gang，MENGLi．fan，XUQing(1．KeyLaboratoryof

3、InstrumentationScience&DynamicMeasurement，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．KeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiynan030051China)Abstract：Tomeettherequirementsofdetectingmethanegasconcentrationinspecificenvironme

4、nt，aWS．noderealizedmeth—anegasconcentrationdetectionandalarmwasdesigned．MultipleMJC4／3．0methanesensorswereusedtopickupconcentrationsignalsandaultra·lowpowerconsumptionMSP430microcontrollerwadtakenasthecore．Thedataacquisition，storage，processingandtransmissionwe

5、reachieved．Themethodofmulti—sensordatafusionbasedonBayesestimationwasappliedtoreducetheimpactofsensorfaultstothedetectionresults，whileimprovedtheaccuracyandreliabilityofthetestresults．Keywords：methanedetection；multi-sensordatafusion；hayesestimation；wirelesssen

6、sornetworknode；lowpower1多传感器数据融合原理块等。选用ZigBeeRF+MCU的方案，传感器节点的硬件结构对于多数的检测系统，使用单个传感器来采集数据，然后如图2所示。对循环采集的Ⅳ个数据进行均值处理，所得到均值就是系统所获得结果。单个传感器检测系统的测试结果受传感器可靠性影响较大。选用3个甲烷传感器对气体中甲烷浓度进行检测，系统获得3个传感器循环Ⅳ次采集得到的数据，应用贝叶斯估计的多传感器数据融合方法，对数据进行融合处理，可以有效改善单个传感器可靠性对最终测量结果的影响，提高结果的准确性和

7、系统的可靠性I2J。数据融合的基本过程如图1所示。图2节点结构图2．1MCU选择MSP430系列单片机具有超低功耗，采用1．8—3．6V的低果电压，且系统有一种活动模式(AM)和5种低功耗模式(LPM0一LPM4)，同时数字控制振荡器(DCO)使得从低功耗模式到活动模式的唤醒时间小于6pLs；采用目前流行的精简指令集(RISC)结构，具有强大的处理能力；集成了较丰富的片内外设。图1数据融合基本过程可靠性能好，加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环2传感器节点硬件设计境。传感器网络节点实现对空气中甲烷浓度的采集、

8、处理、通选择MSP430F149作为微控制器，它集成了多种功能模块：信等功能，节点的硬件设计是实现网络节点的安全性和稳定性片内精密硬件乘法器、2个的l6位定时器；一个8路外部通道的重要保障，而低功耗也是系统设计的要求之一。采用模块的12位模数转换器；串行通信接口(USART)异步UART及同化设计，包括数据采集模块、MCU模块、无线通信模块、电源模步SPI接