無線傳感器網絡節點硬件的模塊化設計

3．3 采集模塊
采集模塊負責采集數據并調理數據信號。本設計中，監測的是土壤的溫度和濕度數據，采用的傳感器是PTWD-3A型土壤溫度傳感器以及TDR-3型土壤水分傳感器。
PTWD-3A型土壤溫度傳感器采用精密鉑電阻作為感應部件，其阻值隨溫度變化而變化。為了準確地進行測量，采用四線法測量電阻原理，將電阻信號調理成CC2430芯片A／D通道能采樣的電壓信號。圖7中，由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2．5 V電源構成10 mA恒流源。10 mA的電流環流經傳感器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號，由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430芯片的ADC通道進行采樣。

TDR-3型土壤水分傳感器輸出信號即為電壓信號，其調理電路如圖8所示。傳感器輸出信號通過P354運算放大器送入CC2430芯片的ADC通道進行采樣。

3．4 電源模塊
電源模塊負責調理電壓、分配能量，分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個模塊。本設計中采用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。
作為環境監測的無線傳感器網絡應用，節點需要在野外無人看守的情況下進行工作，能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計采用太陽能電池板為節點在野外工作時進行電能的補給，充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態對鉛酸電池進行合理、有效的充電。如圖9所示，光電耦合器TLP521-100和場效應管Q共同構成了充電模塊的開關電路，可以由CC2430芯片的I／0口很方便地進行控制。

在太陽能電池板對電池充電時，電池不能對系統進行供電，因此設計中采用了雙電源供電方式，保持“一充一供”的工作狀態，雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示，采用了兩個開關電路對兩塊電源進行切換。

在電源進行切換時，總是先打開處于閑置狀態的電源，再關閉正在為系統供電的電源，因此會在一段短暫的時間內同時有兩個電源對系統供電，這是為了防止系統出現掉電情況。
電源模塊需提供5 V、3．3 V、2．5 V等多組電源以滿足節點各模塊的供能需求。由于系統電源組較多，電壓轉換模塊采用了開關型降壓穩壓器以及低壓差線性穩壓器等多種電壓轉換芯片來對電源進行電壓轉換，同時要確保電源模塊供能的高效性。

結語
節點的設計對整個無線傳感器網絡系統至關重要。本設計采用了功能強大的射頻芯片CC2430作為核心管理芯片，能較好地完成數據采集、分析、傳輸等多個功能。硬件的模塊化設計大大加強了節點的穩定性、可靠性和通用性，在野外無人值守的情況下無線傳感器網絡系統可以長期、穩定地進行環境方面的監測。