ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

通過測試獲取節(jié)點工作參數(shù)如表2所示，工作電壓為3.3 V。可知，節(jié)點工作時流耗大，在休眠狀態(tài)則小得多。因此，為保證在供電電量有限的情況下獲得更長的工作壽命，有必要將節(jié)點設(shè)置為間歇式工作模式，即工作休眠周期性交替進(jìn)行。下式為節(jié)點壽命預(yù)測公式：

式中：Td為節(jié)點可工作天數(shù);Qb為可用電池容量;tw為每周期內(nèi)工作時長;ts為每周期內(nèi)休眠時長;Iw為工作電流;Is為休眠電流。根據(jù)預(yù)潮公式及假定電池可用容量為1 000 mAh，可以預(yù)測在不同休眠時長下的工作天數(shù)如表3所示。對特定的傳感節(jié)點，其單周期內(nèi)數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送所占用的工作時長是一定的，可變的就是休眠時長，通過控制傳感節(jié)點不同的休眠時長來獲取其相應(yīng)的工作壽命特性。由表3可知，隨著休眠時長的增加，節(jié)點工作壽命隨之延長，當(dāng)休眠時長為60s，即1 min進(jìn)行1次數(shù)據(jù)采集發(fā)送時，傳感器節(jié)點能夠連續(xù)使用約1年時間。

在實際測試過程中，采用孚安特鋰電ER14250H和普通7號南孚堿性電池進(jìn)行比對實驗，前者電池容量為1 200 mAh，后者無容量標(biāo)識，但根據(jù)其官方網(wǎng)站測試說明，估計亦在1 200 mAh左右。考慮長時間測試中電池自放電效應(yīng)，其實際可用容量必定要小些，仍采用1 000 mAh假定值的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行比較。實驗得到節(jié)點實際可工作天數(shù)如表3所示，測試結(jié)果與預(yù)測趨勢大體上是一致的，傳感節(jié)點可工作天數(shù)與其在一個工作周期內(nèi)的休眠時長相關(guān)。所以，為延長傳感節(jié)點壽命，有必要根據(jù)實際情況確定節(jié)點的工作休眠時間，在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)可靠性的前提下盡量安排更多的休眠時間。另外，在組網(wǎng)測試中，傳感節(jié)點單跳距離約60 m，自組織特性良好，傳感節(jié)點可以選擇較優(yōu)路由入網(wǎng)，服務(wù)器對終端傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)測、控制功能均正常。該設(shè)計實現(xiàn)的溫濕度傳感節(jié)點如圖3所示，電路由CC2430射頻板和傳感器底板組成，兩者通過12 pin×2接口連接，方便安裝使用。

4 結(jié)語

本文介紹了一種基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)，并進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果表明，傳感節(jié)點具備低功耗特性，能夠通過無線實施靈活的測量和控制，滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求。同時，節(jié)點設(shè)計方法有一定參照價值，便于移植和改進(jìn)，可用于其他參量的測量與控制。誠然，降低功耗可以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的使用壽命，如果能夠利用諸如光照、風(fēng)力、震動等外界能量，從而使傳感節(jié)點有效地自我補(bǔ)給，這對于野外部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將有著積極意義。