基于環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
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1．4 供電模塊
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般布置在無(wú)人值守或是環(huán)境惡劣的地區(qū)，有些具有移動(dòng)性，所以節(jié)點(diǎn)大多數(shù)需要采用電池供電，該項(xiàng)目在元器件的選取中，已經(jīng)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(jìn)行供電。按照1．5A／h的電池容量，每隔1 min進(jìn)行1次溫濕度、光照測(cè)量，估算至少可以工作半年。
1．5 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的特殊性要求其節(jié)點(diǎn)體積越小越好，因此在元器件的選擇上當(dāng)然是選擇同類型中體積最小的。但是節(jié)點(diǎn)體積越小，在設(shè)計(jì)電路板布線時(shí)可能會(huì)因?yàn)榫€路距離太小而產(chǎn)生干擾，因此抗干擾設(shè)計(jì)是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)問(wèn)題?？梢园央娐钒逶O(shè)計(jì)成4層板，未布線的區(qū)域用敷銅并接地，CC2420底部通過(guò)多個(gè)過(guò)孔與地層連接。濾波電容盡量靠近器件放置，同時(shí)，為了抗電磁干擾，最好把數(shù)字電源和模擬電源、數(shù)字地和模擬地隔離開(kāi)來(lái)，一般可采用0 Ω電阻或磁珠來(lái)進(jìn)行隔離。另外，節(jié)點(diǎn)布設(shè)位置應(yīng)盡量避開(kāi)樹(shù)木，以減少對(duì)電磁波的吸收，影響傳輸穩(wěn)定性。
2 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI(Open System Interconnection model)，設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)考慮到通用型和便于開(kāi)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(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)之一，主要用于低功耗、低成本設(shè)備的低速互連，其特點(diǎn)符合環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(zhì)介入控制(MAC：Medium Access Control)子層。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層(NMK：Network)和應(yīng)用層(APL：Application Layer)框架的設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對(duì)象等。ZigBee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。層與層之間通過(guò)服務(wù)接入點(diǎn)連接，包括數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)，每層都通過(guò)一套服務(wù)原語(yǔ)為其上層或下層提供服務(wù)。
Z-Stack采用操作系統(tǒng)的思想來(lái)構(gòu)建，采用事件輪循機(jī)制。當(dāng)初始化之后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，喚醒系統(tǒng)，開(kāi)始進(jìn)入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式。如果同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級(jí)，逐次處理事件。
這種軟件構(gòu)架可以極大地降低系統(tǒng)的功耗。
軟件開(kāi)發(fā)以IAR Workbench V4．30為平臺(tái)，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，因此提高了軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的工作效率，增強(qiáng)了程序代碼的可靠性、可讀性和可移植性。節(jié)點(diǎn)主流程圖如圖5所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161087.htm
3 結(jié)束語(yǔ)
本文主要介紹了一種低功耗、用于環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其中的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)通信協(xié)議和軟件工作流程進(jìn)行了分析。由該節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)中已表現(xiàn)出良好的工作效果，可在特殊環(huán)境下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信號(hào)的采集、處理與傳輸。
評(píng)論