基于環境信息監測的無線傳感器網絡節點設計

摘要：針對海岸、海洋環境遠程實時監測的需求，設計了由超低功耗MCU芯片MSP430F1611、無線收發器芯片CC2420及各種傳感器接入電路構成的具有多種環境參數采集功能的無線傳感器網絡節點。該節點系統利用所搭載的各種傳感囂采集環境中的溫度、濕度、光照強度等數據，通過相鄰節點間的無線通信，以多跳傳輸的方式，將測量數據上傳給上位監控機，可實現對海岸、海洋現場環境信息的遠距離實時監測。
關鍵詞：無線傳感器網絡；環境信息監測；節點；微控制器；協議棧

隨著微電子技術，通信技術的迅速發展，將傳感器技術、計算機技術與通信技術相結合的智能傳感器以其比較高的精度、良好的可靠性、功能的多樣性等優勢在過程控制以及信號監測中越來越多地得到人們的關注，已成為當今國內外研究的一大熱點。本文設計了一種用于對環境信息進行實時監測的無線傳感器網絡節點，能夠對環境參數進行準確的測量并可靠傳輸，充分體現了傳感器系統的數字化、智能化、無線化的優點。
該節點的設計以MSP430F1611超低功耗單片機為核心，配置新式的微型低功耗傳感器，可實時地對所測的環境中的溫度、濕度、光照強度等參數進行測量處理。采用5號電池供電，信息的無線傳輸可避免遠距離布線的繁瑣，具有較好的布設靈活性，適用于惡劣環境下一定區域的環境信息測量。

1 硬件節點設計
根據無線傳感器網絡節點管理機制，把節點分成傳感器節點、簇頭節點和匯聚節點3種類型。無線傳感網絡的簇頭節點和匯聚節點主要完成數據接收和發送功能，因此節點主要由微處理模塊和無線通信模塊組成。而傳感器節點主要是通過傳感器采集周圍環境的數據(溫度、濕度、光感度等)，然后進行A／D轉換，經處理器處理后由射頻模塊發送到相鄰節點，同時該節點也要執行數據轉發功能，即把相鄰節點發送的數據發送到匯聚節點或離匯聚節點更近的節點。整個硬件系統主要劃分為數據采集、數據處理、無線傳輸和供電4個模塊，硬件節點結構圖如圖1所示。其中數據采集模塊負責由傳感器對周圍環境參數信息進行采集；數據處理模塊實現數據的分析、處理和存儲功能；無線傳輸模塊負責低功耗短距離節點間的通信；供電模塊選取體積小、容量高的電池，以確保節點的微型化和長壽命。

1．1 數據采集模塊
數據采集模塊是應用傳感器件采集環境的溫度、濕度、光照強度等參數，然后將采集到的數據通過A／D轉換送給單片機進行處理。
1．1．1 溫濕度傳感器
溫度、濕度的測量采用Sensirion公司生產的，具有I2C總線接口的溫濕度集成于一體的數字式傳感器SHTll。SHTll為具有二線串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度等參數，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換等特點。

微處理器與SHTll的連接如圖2所示，只需用2條I／O口線分別作為數據線DATA和時鐘線SCK，并在DATA端接入1只上拉電阻，同時在VDD及GND端接入1只去耦電容，通過相應的軟件設計，即可完成數據采集與傳輸。