基于IEEE 802.15.4/ZigBee標準的WSN解析方案

·處理器的選擇

處理器是傳感器節點的核心，在選擇時，必須滿足體積小、集成度高、功耗低且支持睡眠模式、速度足夠快、成本盡量低等幾個要求。AVR單片機在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優化平衡,是高性價比的單片機。高檔ATMega系列AVR單片機，主要包括ATMega8/16/32/64/128等型號，片內集成了較大容量的存儲器(存儲容量分別為8/16/32/64/128 KB)和豐富強大的硬件接口電路，具有先進的RISC精簡指令集結構。

·傳感器和電源

傳感器應根據實際的需要進行選擇，可以是溫度、濕度、強度、加速度、震動等傳感器。電源采用5號電池。

節點參考設計原理圖

傳感器節點參考設計的電路原理圖如圖2所示。采用CC2420無線收發芯片作為傳輸模塊，AVR Mega128作為處理器。圖中不包括具體的傳感器器件，可根據具體的應用添加。由Mega128和CC2420可以實現IEEE 802.15.4的物理層協議。

圖2 基于IEEE/ZigBee的無線傳感器網絡節點參考設計電路圖

電路設計主要包括三個重點部分，即射頻接口電路、處理器接口電路和上層應用接口電路。射頻接口就是CC2420芯片射頻引腳與天線之間的電路。CC2420的射頻信號采用差分方式，其最佳差分負載是115+j180Ω，阻抗匹配電路需要根據這一數值進行調整。本設計采用50歐姆單極子天線，阻抗匹配電路采用巴倫 (BALUN)。巴倫電路由成本低廉的電感和電容構成(參見圖2)，包括電感L1、L2、L3和電容C3、C4、C5、C6。其中電感L1、L2還為芯片內部的低噪聲放大器和功率放大器提供直流偏置。

結語

本文重點討論了基于IEEE 802.15.4/ZigBee標準的WSN的優點及其節點設計，低成本、低功耗、應用簡單的協議的誕生為無線傳感網絡及大量基于微控制應用提供了互聯互通的國際標準，不同廠商的微傳感器之間基于統一的標準才能實現互連組網。開放性的產品間的競爭將最終導致傳感器的批量生產并降低成本，從而為推動無線傳感網的應用及相關產業的發展提供有力的契機。