ZigBee無線傳感網絡節點設計

通過測試獲取節點工作參數如表2所示，工作電壓為3.3 V。可知，節點工作時流耗大，在休眠狀態則小得多。因此，為保證在供電電量有限的情況下獲得更長的工作壽命，有必要將節點設置為間歇式工作模式，即工作休眠周期性交替進行。下式為節點壽命預測公式：

式中：Td為節點可工作天數;Qb為可用電池容量;tw為每周期內工作時長;ts為每周期內休眠時長;Iw為工作電流;Is為休眠電流。根據預潮公式及假定電池可用容量為1 000 mAh，可以預測在不同休眠時長下的工作天數如表3所示。對特定的傳感節點，其單周期內數據采集、處理、發送所占用的工作時長是一定的，可變的就是休眠時長，通過控制傳感節點不同的休眠時長來獲取其相應的工作壽命特性。由表3可知，隨著休眠時長的增加，節點工作壽命隨之延長，當休眠時長為60s，即1 min進行1次數據采集發送時，傳感器節點能夠連續使用約1年時間。

在實際測試過程中，采用孚安特鋰電ER14250H和普通7號南孚堿性電池進行比對實驗，前者電池容量為1 200 mAh，后者無容量標識，但根據其官方網站測試說明，估計亦在1 200 mAh左右。考慮長時間測試中電池自放電效應，其實際可用容量必定要小些，仍采用1 000 mAh假定值的預測結果進行比較。實驗得到節點實際可工作天數如表3所示，測試結果與預測趨勢大體上是一致的，傳感節點可工作天數與其在一個工作周期內的休眠時長相關。所以，為延長傳感節點壽命，有必要根據實際情況確定節點的工作休眠時間，在保證網絡穩定性、數據可靠性的前提下盡量安排更多的休眠時間。另外，在組網測試中，傳感節點單跳距離約60 m，自組織特性良好，傳感節點可以選擇較優路由入網，服務器對終端傳感節點的數據獲取、監測、控制功能均正常。該設計實現的溫濕度傳感節點如圖3所示，電路由CC2430射頻板和傳感器底板組成，兩者通過12 pin×2接口連接，方便安裝使用。

4 結語

本文介紹了一種基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計與實現，并進行了測試。實驗結果表明，傳感節點具備低功耗特性，能夠通過無線實施靈活的測量和控制，滿足無線傳感器網絡要求。同時，節點設計方法有一定參照價值，便于移植和改進，可用于其他參量的測量與控制。誠然，降低功耗可以延長無線傳感器網絡節點的使用壽命，如果能夠利用諸如光照、風力、震動等外界能量，從而使傳感節點有效地自我補給，這對于野外部署的無線傳感器網絡將有著積極意義。