基于環(huán)境信息監(jiān)測的無線傳感器網絡節(jié)點設計
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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(huán)境惡劣的地區(qū)，有些具有移動性，所以節(jié)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)設計要點
無線傳感器網絡應用的特殊性要求其節(jié)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(jié)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(jié)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(qū)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(jié)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(wěn)定性。
2 節(jié)點軟件設計
通信協(xié)議采用標準開放系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI(Open System Interconnection model)，設計的節(jié)點考慮到通用型和便于開發(fā)，采用了TI公司提供的ZigBee協(xié)議棧Z-Stack。ZigBee協(xié)議是由ZigBee聯(lián)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(huán)境監(jiān)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(lián)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(xié)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(tǒng)的思想來構建，采用事件輪循機制。當初始化之后，系統(tǒng)進入低功耗模式，當事件發(fā)生時，喚醒系統(tǒng)，開始進入中斷處理事件，結束后繼續(xù)進入低功耗模式。如果同時有幾個事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級，逐次處理事件。
這種軟件構架可以極大地降低系統(tǒng)的功耗。
軟件開發(fā)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(fā)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(jié)點主流程圖如圖5所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161087.htm
3 結束語
本文主要介紹了一種低功耗、用于環(huán)境信息監(jiān)測的無線傳感器網絡節(jié)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(xié)議和軟件工作流程進行了分析。由該節(jié)點組成的無線傳感器網絡在小規(guī)模實驗中已表現(xiàn)出良好的工作效果，可在特殊環(huán)境下實現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域內信號的采集、處理與傳輸。
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