無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人體參數(shù)采集中的應(yīng)用
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在配件SensorNet_C中，通過連接配件CC2430ActiveMessageC使用模塊組件CC2430ActiveMessageP中提供的射頻功能。CC2430ActiveMessageP是射頻堆棧中的頂層組件，提供單跳通信實(shí)現(xiàn)方法。通過連接配件McuSleepC使用模塊組件McuSleepP中的MCU電源管理功能，實(shí)現(xiàn)MCU睡眠、定時(shí)和啟動(dòng)等功能，以降低節(jié)點(diǎn)功耗。需要在使用McuSleepP組件的上層組件SensorNet_M中實(shí)現(xiàn)事件McuSleepControl.beforeSleep（）和McuSleepControl.afterWakeup（），以保護(hù)和恢復(fù)睡眠前后的狀態(tài)。
溫濕度傳感器SHT10具有兩線制串行接口，輸出已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)。這里定義SHT10的接口SHT如下，需要在模塊組件SHT10_M中實(shí)現(xiàn)接口所定義的命令。
interface SHT{
command error_t read（）； /*在傳感器模塊組件STH10_M中實(shí)現(xiàn)*/
event void readDone（error_t result,uint16_t temperature,uint16_t humidity）； /*在頂層模塊組件SensorNodeSHT_M中實(shí)現(xiàn)*/
}
中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)射頻數(shù)據(jù)接收，然后通過串口將數(shù)據(jù)送給PC機(jī)。其頂層配置文件如下：
configuration CenterNode_C{
}
implementation{
components CenterNode_M; /*頂層模塊組件*/
components MainC;
components CC2430ActiveMessageC as ActiveMessageC;
components ABSC; /*串口通信控制組件*/
CenterNode_M.Boot->MainC.Boot;
CenterNode_M.RFControl->ActiveMessageC;
CenterNode_M.AMPacket->ActiveMessageC;
CenterNode_M.Packet->ActiveMessageC;
CenterNode_M.Receive->ActiveMessageC.Receive;
CenterNode_M.ABS->ABSC;
}
2 傳感器節(jié)點(diǎn)功耗計(jì)算
對(duì)人體生理參數(shù)進(jìn)行采集，尤其在室外應(yīng)用中，低功耗對(duì)于電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)來說非常重要。以下應(yīng)用參考文獻(xiàn)[6]中的方法對(duì)本設(shè)計(jì)中的傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行計(jì)算。采用3.3 V直流電源供電，將一個(gè)1%精度的10 Ω電阻與CC2430EM串聯(lián)，通過測(cè)量電阻兩端的電壓降來計(jì)算一個(gè)采樣周期中各個(gè)時(shí)間段的電流。設(shè)采樣周期T=10 s,CC2430射頻輸出功率設(shè)置為100%,圖3為使用示波器TPS2024在傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)獲取的電阻兩端電壓變化波形圖，水平方向2.50 ms/div,垂直方向100 mV/div.表1為活動(dòng)期間的電流消耗。
一個(gè)采樣周期T內(nèi)低功耗模式時(shí)間（A段、G段，CC2430在PM2模式下）：
TPM2=T-Ton=10000 ms-20.45 ms=10 451.65 ms
低功耗模式下（CC2430在PM2模式下）電流消耗：
0.000 5 mA×10 451.65 ms=5.225 8 mA·ms
一個(gè)采樣周期T內(nèi)總電流消耗：
472.1 mA·ms+5.225 8 mA·ms）/（3 600 000 ms/h）=1.326×10-4 mAh/10 s
每小時(shí)消耗電流：1.326×10-4×360=0.047 74 mA
假設(shè)使用60 mAh的紐扣電池，則可以使用時(shí)間為：60 mAh/0.047 74 mA=1 256 h≈52 天
本文采用nesC語言設(shè)計(jì)了基于TinyOS的中心節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)程序，實(shí)現(xiàn)了使用CSMA/CA協(xié)議的星型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并以溫濕度數(shù)據(jù)采集為例，設(shè)計(jì)了采用溫濕度數(shù)字傳感器SHT10的傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)采樣周期為10 s、使用60 mAh電池供電時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)可持續(xù)工作52天。本設(shè)計(jì)能夠滿足無線、便攜、低功耗地采集人體生理參數(shù)的需要。使用模塊化編程語言nesC,提高了開發(fā)效率，便于擴(kuò)展。本文介紹的研究和設(shè)計(jì)方法可在相關(guān)應(yīng)用中使用。
評(píng)論