基于单片机的无线传感器网络节点的的设计.doc

２００８年１２月 第１２期（总第１２１期）  ＧＩ  广西轻工业 ＴＡＮＧＪｏｌ瓜ＮＡＬ ｏＦ ｕＧＨＴ  ＩＮＤｕｓＴＲＹ  机械与电气  基于单片机的无线传感器网络节点的设计 张钰玲 （广西大学电气学院，广西南宁５３０００４；广西职业技术学院，广西南宁５３０２２６） 【摘 要】 无线传感器网络是传感器领域内一个新兴的研究方向．它采用无线通信技术，由微小的传感器组成。无线传感器 网络节点具备感应能力、信息处理能力和无线通信能力，使无线传感器网络有广阔的应用前景，可广泛用于军事、环境、医疗保健、 空间探索及各种商业应用。本文给出了一种无线传感器网络节点的硬件和软件的设计。 【关键词】无线传感器网络；节点；单片机 【中图分类号】ＴＰ２１２．９ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】 １００３—２６７３（２００８）１２—６１—０２  １  引言  也是大规模无线传感器网络广泛应用的前提。 无线传感器网络是近年来信息科学研究的一个热点：从火 星探测到野生候鸟的监测，从智能房屋到车辆监测和跟踪，从 军事“智能尘埃”到辅助足球裁判，从胶囊肠镜到住院病人病情 监控，从森林防火到预测山洪暴发，从人体内药物剂量控制到 精细农业……涵盖了军事、环境监测、农业、医疗、城市安全等 方面，引起了各国学术界和工业界的广泛重视。而目前国内对 于无线传感器网络的研究主要集中在无线传感器网络的组织 结构，通信协议，节点模型，而对传感器的讨论较少。传感器是 无线传感器网络的基本组成部分，没有传感器的无线传感器网 络就是“瞎子”，“聋子”。 目前，传感器技术的发展已经成为信息产业的三大支柱之 一。自２０世纪９０年代以来，随着嵌入式系统、无线通信、分布 式信息处理技术及ＭＥＭＳ（微电子机械系统）等技术的快速发 展，具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器以及由其构 （４）低功耗：由于节点要满足长时间独立工作的需要，因 此其必须要低功耗。 （５）灵活性：不同的应用场合对节点的能耗、采样率、响应 时间和数据处理能力要求都不相同。 （６）稳定性：传感器数量多，分布范围广，维护十分困难， 传感器网络的软、硬件必须具有高稳定性和容错性。 ３无线传感器网络节点的设计 无线传感器网络节点的设计主要包括：硬件的设计、软件 的设计和电源的设计。 ３．１无线传感网络节点的结构 无线传感网络节点完成对周围环境中对象的感知并进行 适当的处理后，将测量值无线传送给监控中心。在不同应用中， 传感器网络节点的组成不尽相同，但都由数据采集子系统（传 成的无线传感器网络（Ｗｉｒｅ—ｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）是智 感器、Ａ／Ｄ转换器）、数据处理子系统（控制器、存储器）、无线通 能化传感器的一种新发展方向。 美国２００３年８月出版的《商业周刊》在其“未来技术专版” 中发表文章指出。传感器网络是全球未来的四大高技术产业 之一。美国《技术评论》认为，有十种新兴技术在不远的将来会 产生巨大影响，其中就包括无线传感器网络。 ２节点的总体设计思想 无线传感器网络主要特点有：节点数量大、密度高、易损 耗，并且在电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制，而且 ＷＳＮ的应用环境是多样化的，存在所接前端探测器不相同、布 设环境不一样的可能。要在多变的传输需求和环境下实现良好 的通信，作为无线传感器网络系统核心的传感器节点，在进行 设计时必须满足以下几个主要指标： （１）网络性：节点必须能够自组织地形成采集、处理和收 发监测数据的多跳无线网络系统，这就要求节点必须要有足够 的存储空间和数据采集、处理速度等。 （２）小型化：较小的节点不仅可以更方便地安装。而且可 以部署在更多的地点，从而可以应用于更多的场合。 （３）低成本：低成本是无线传感器网络节点的基本要求， 信子系统（无线收发器）和电源子系统（电池、ＤＣ／ＤＣ能量转换 器）四部分组成。传感器网络节点的组成如图１所示。 图１无线传感网络节点结构图 ３．２数据采集子系统 传感器模块是硬件平台中真正与外部信号量接触的模块， 一般包括传感器探头和变送系统两部分，探头采集外部的温 度、光度和磁场等需要传感的信息，将其送入变送系统，后者完 成将上述物理量传化为系统可以识别的原始电信号，并且通过 积分电路、放大电路的整形处理，最后经过Ａ／Ｄ转换成数字信 号送处理器模块。我们可以根据需要选择合适的传感器对监测 区域内的温度、湿度、振动、声音、光线、压力等物理信号进行测 试。由于整个节点由电池供电，要求数据采集单元中的传感器 体积小、低功耗、外围电路简单，最好采用不需要信号调理电路 的数字式传感器。 【作者简介】张钰玲（１９７３一），女，广西南宁人，广西大学在读硕士。讲师。研究智能控制和复杂网络，从事电子技术和自动控制技