基于nRF905的无线温度传感器网络硬件设计

　　无线传感器网络是由许多无线传感器节点协同组织起来的，这些节点具有无线通讯、数据采集和协同合作能力，可以应用于布线和电源供给困难或人员不能到达的区域以及一些临时场合等。无线传感器网络节点可以随机或特定地布置在目标环境中，它们之间的通讯通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息，并且相互协同完成特定任务。本文基于nRF905设计了一款无线温度传感器网络，通过无线网络将普通办公楼室内的温度采集传感器节点连接起来，实时采集房间内的温度信息，并传送到远程控制中心进行监测。

　　无线传感器网络概述

　　无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。传感器节点用多跳中继的方式将数据传送到汇聚节点，然后再经过各种通信网络途径传送到用户交互的管理节点；管理节点对整个传感器网络进行配置和对管理项进行管理，及时地收集信息数据并发布监测任务。

　　无线传感器网络技术具有如下特点：

　　① 基于应用的网络。无线传感器网络是对每一个应用进行相关的设计的，通过感知识别客观世界的物理量，它可以获取外部信息。

　　② 与物理世界交互。外部环境变化对无线传感网络系统的影响较大，因此，传感器节点必须适时地调整自身工作状态，以适应环境的变化。

　　③ 自组织网络。为了能够快速自动地配置调节、监测与管理网络，节点需具有自组织能力，这是因为网络的外部环境不稳定，网络自身也有很多不可预测的地方。

　　④ 以数据为中心。无线传感器网络以数据为中心，快速有效地融合各节点信息，直接将其传送给用户。

　　⑤ 网络的协作性。无线传感器网络要求用大量节点进行分布式协同的信号和信息处理，这是因为单个节点计算能力有限。

　　⑥ 节点能力有限。无线传感器网络设计时，会面临电池能量、计算能力以及存储能力有限的情况。

　　无线传感器网络具有许多其他网络所没有的优点，其应用领域已经深入到人类社会的许多场合，例如在环境、反恐、家庭、军事、医疗、救灾以及其他商业、工业领域。

　　温度传感器网络的结构组成

　　根据系统要求，温度传感器网络包括远程控制中心和智能节点。远程控制中心用于发起数据采集命令，智能节点用以实现信息的采集、数据处理以及传输功能，其结构组成如图1所示，主要由控制模块、无线收发模块、通讯模块、温度采集模块、存储模块、电量检测模块、按键模块、液晶显示模块以及GSM模块等组成。依据实际应用背景，在所设计的温度传感器网络中，普通节点首先通过无线射频将所测温度数据传输给汇聚节点，然后汇聚节点通过GSM模块将数据传给远程控制中心。

　　图1 温度传感器网络结构组成图

　　温度传感器网络硬件设计

　　控制模块设计

　　控制模块的功能包括：①测量并处理传感器模块数据；②读取并处理无线收发模块接收的数据，进行数据融合，配置系统参数；③通信协议处理，完成无线传感器网络通信中的MAC和路由协议处理。因此，综合考虑控制模块的处理速度、存储空间、外围接口、功能和功耗等因素，本设计选取µPD78F0485微控制器作为控制模块的核心器件。

　　µPD78F0485微控制器具有如下特点：①工作电压低、范围宽、功耗低：电压为1.8V~5.5V；在STOP模式下工作电流1µA，使用副时钟（32.768kHz）全速工作时电流仅200µA。②方便的开发方式，存储容量大：支持在线编译，具有片上调试功能；内部存储器为60KB，高速RAM为1KB，扩展ROM为1KB，存储空间为64K。③管脚驱动能力强：驱动电流可达10mA，可直接连接到电流低于10mA的芯片的电源引脚上，为这些芯片提供电源。④具有8通道10位AD转换器；内置看门狗定时器。⑤具有按键中断功能，方便系统实时响应用户操作。⑥具有LCD控制器/驱动器，可直接驱动液晶显示器。⑦具有1个16位的定时器/事件计数器，3个8位的定时器/事件计数器，3个8位的定时器，1个实时计数器，定时器可用作实现整个网络的组网定位过程中的延时，实时计数器主要用作实现系统的时钟同步功能。⑧两通道串行接口等片内资源，可以直接连接GSM模块和USB通讯模块。⑨共有62个I/O口，多数接口具有内部上拉电阻，对于必须使用上拉电阻的电路，可使用内部上拉电阻，以节省电路板空间。⑩内置蜂鸣器输出控制器，可实现低电压报警、温度报警等功能。