2. 2 系統節點的硬件設計

　　系統所有ZigBee 節點都采用同樣的電路設計，通過寫入相應的程序來完成不同功能。所有節點都是由JN5121-000-M02 模塊、RS-232 通信接口模塊、驅動控制輸出模塊、數據存儲模塊、模擬信號處理電路、實時時鐘模塊、電源處理模塊和太陽能供電單元共同組成。

　　系統硬件框圖如圖1 所示。

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圖1 系統硬件

　　系統中的ZigBee 節點所采用的JN5121-000-M02模塊可以實現較遠距離的無線通信，在空曠地段通信距離超過1 000 m。系統所有節點采用太陽能供電單元供電，開關電源為DC/DC MAX1837。模擬信號處理模塊具有通用的傳感器接口，無論是模擬信號，還是脈沖數字信號都能得到很好的處理，可以靈活地經過設置接入具有標準輸出的傳感器。驅動控制電路實現對現場脈沖電磁閥的開閉控制。

　　2. 2. 1 JN5121-000-M02 模塊

　　2006 年，英國Jennic 公司開發出集成了微處理器和無線收發器JN5121M0x 系列ZigBee 模塊，其中，JN5121-000-M02 模塊有一個電源放大器和低噪聲放大器，可加大通信距離。JN5121 無線收發器工作在2. 4 GHz 頻段，內部有128 位AES 加密的安全處理器；可以進行硬件處理MAC 地址加速和報文地址檢查，提升通信報文的產生速度，硬件處理報文自動確認以及報文的CRC 生成； 此外，模塊內部集成了電源管理芯片和晶振休眠，可降低協同功耗。

　　2. 2. 2 RS-232 通信接口電路

　　通信芯片選用的是MAX3222。MAX3222 使用單一電源電壓Vcc，電壓值在3. 3 ～ 5. 5 V 范圍內都能正常工作，額定電流為300 μA，可完成TTL 與RS-232 兩種電平之間的轉換。另外，它還可以通過

引腳控制驅動器和接收器的工作狀態，啟動或禁止自動降低功能，使其工作在不同的能耗，從而達到降低功耗的目的。本系統MAX3222 的硬件連接電路如圖2所示。RXD0、TXD0、

引腳分別與JN5121 模塊的UART0相應管腳和I /O 接口相連，RXD、TXD、CTS 分別連接到系統的RS-232 接線端子上，完成上位機通信以及JN5121 模塊的程序下載功能。

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圖2 MAX3222 硬件連接圖

　　2. 2. 3 驅動控制輸出模塊

　　森林面積大且地形復雜，很難采用有線電源為系統供電，為此選用的電磁閥一般為脈沖式電磁閥。脈沖式電磁閥無需持續供電，通過瞬間的脈沖信號就能實現電磁閥的開關控制，非常適合在森林中應用。脈沖式電磁閥的工作電壓為直流電壓12 ～ 40 V，它由三線制控制，分別為白線、紅線和黑線。白線為公共端接入線，當白線和紅線之間產生一個12 V 以上的脈沖信號時，電磁閥打開； 當白線和黑線之間產生一個脈沖信號時，電磁閥關閉。

　　2. 2. 4 存儲電路模塊

　　鐵存儲器（ FRAM） 是一種非易失性隨機存取儲存器，它既可以進行非易失性數據存儲，又可以像RAM一樣操作。在此，系統采用鐵存儲器FM25L256，它是具有先進鐵電技術制造的32 kB 非易失性存儲器。

　　FM25L256 以總線速度進行寫操作，無須延時，僅需幾百納秒； 當數據寫入芯片后，下一個總線周期可以立即開始而無須進行數據輪詢。此外，FM25L256 具有無限的讀寫次數，且操作功耗非常低，工作電壓在2. 7 ～3. 6 V 之間，工作靜態電流低至5 μA。