用于环境监测的无线传感器网络节点设计

　　引言

　　环境监测是无线传感器网络的重要应用领域。为搜集某一区域内的环境数据，传感器节点需要在无人值守情况下长时间地工作在恶劣环境条件下。传感器节点的软件设计为节点正常工作提供了重要保证。

　　1  无线传感器网络系统结构

　　整个传感器网络是由若干个采集节点、1个汇聚节点、1个数据中转器以及1个便于用户查看和控制的上位机组成。系统结构如图1所示。采集节点用于对环境数据的采集、数据的预处理，承当数据的路由；汇聚节点负责整个网络的开启和维护，向采集节点发送命令，搜集节点的数据以及和数据中转器之间的串口通信；数据中转器承担数据的中转及转发上位机的命令；上位机是数据搜集的终端设备，并且可以根据用户的需要对节点的采集时间间隔、休眠时间间隔、传感器的开关进行相应设置。

　　2 节点的硬件电路

　　为方便数据的搜集，汇聚节点和采集节点硬件电路设计相同，只是软件设计有所不同。任意节点都可作为汇聚节点，与数据中转器通过串口进行通信，来搜集网络中其他节点的数据。节点的硬件结构如图2所示。

　　本设计选用的核心芯片是TI公司推出的ZigBee芯片CC2430。它以8051微处理器为内核，自身携带的射频收发器用来实现无线传感器网络节点的通信，提供了4路I／O口来控制传感器的打开和关闭。传感器将相应的环境数据变成电压、电流等信号送给信号调理电路，经相关调理后送到CC2430的 ADC接口进行A／D采样，最后CC2430将得到的A／D值存人1个外接的64 Kb的存储器中。当节点作为网络中的汇聚节点时，CC2430的 2路I／O口被设置成UART0串口Tx和Rx，用于和数据中转器进行串口通信。对于能源供应部分，为保证节点长期稳定工作，选用2300 mA的镍氢充电电池，2组镍氢电池采用双电源供电模式。软件通过控制2组镍氢电池的切换实现对节点的轮流供电，并在电池电压不足时控制太阳能电池板对其进行充电。