基于環境信息監測的無線傳感器網絡節點設計
加入技術交流群
1．4 供電模塊
無線傳感器網絡一般布置在無人值守或是環境惡劣的地區，有些具有移動性，所以節點大多數需要采用電池供電，該項目在元器件的選取中，已經考慮到了盡量降低系統的功耗，各模塊的供電電壓都比較低，綜合比較，2．4～3．6 V的電壓可以使所有模塊正常工作。因此，可以采用2節AA電池進行供電。按照1．5A／h的電池容量，每隔1 min進行1次溫濕度、光照測量，估算至少可以工作半年。
1．5 硬件系統設計要點
無線傳感器網絡應用的特殊性要求其節點體積越小越好，因此在元器件的選擇上當然是選擇同類型中體積最小的。但是節點體積越小，在設計電路板布線時可能會因為線路距離太小而產生干擾，因此抗干擾設計是節點設計時的重點問題?？梢园央娐钒逶O計成4層板，未布線的區域用敷銅并接地，CC2420底部通過多個過孔與地層連接。濾波電容盡量靠近器件放置，同時，為了抗電磁干擾，最好把數字電源和模擬電源、數字地和模擬地隔離開來，一般可采用0 Ω電阻或磁珠來進行隔離。另外，節點布設位置應盡量避開樹木，以減少對電磁波的吸收，影響傳輸穩定性。
2 節點軟件設計
通信協議采用標準開放系統互聯模型OSI(Open System Interconnection model)，設計的節點考慮到通用型和便于開發，采用了TI公司提供的ZigBee協議棧Z-Stack。ZigBee協議是由ZigBee聯盟制定的、用于短距離無線通信技術的標準之一，主要用于低功耗、低成本設備的低速互連，其特點符合環境監測網絡應用的要求。IEEE802．15．4滿足OSI定義的最下面的兩層：物理層(PHY：Physical Layer)和媒質介入控制(MAC：Medium Access Control)子層。ZigBee聯盟提供了網絡層(NMK：Network)和應用層(APL：Application Layer)框架的設計，其中應用層的框架包括了應用支持子層、ZigBee設備對象等。ZigBee協議棧體系結構模型如圖5所示。層與層之間通過服務接入點連接，包括數據服務和管理服務，每層都通過一套服務原語為其上層或下層提供服務。
Z-Stack采用操作系統的思想來構建，采用事件輪循機制。當初始化之后，系統進入低功耗模式，當事件發生時，喚醒系統，開始進入中斷處理事件，結束后繼續進入低功耗模式。如果同時有幾個事件發生，判斷優先級，逐次處理事件。
這種軟件構架可以極大地降低系統的功耗。
軟件開發以IAR Workbench V4．30為平臺，采用C語言編寫，因此提高了軟件設計開發的工作效率，增強了程序代碼的可靠性、可讀性和可移植性。節點主流程圖如圖5所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/161087.htm
3 結束語
本文主要介紹了一種低功耗、用于環境信息監測的無線傳感器網絡節點的設計方案，并對其中的各個模塊進行了詳細的介紹，對通信協議和軟件工作流程進行了分析。由該節點組成的無線傳感器網絡在小規模實驗中已表現出良好的工作效果，可在特殊環境下實現監測區域內信號的采集、處理與傳輸。
評論