ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計

通過(guò)測試獲取節點(diǎn)工作參數如表2所示，工作電壓為3.3 V?？芍?，節點(diǎn)工作時(shí)流耗大，在休眠狀態(tài)則小得多。因此，為保證在供電電量有限的情況下獲得更長(cháng)的工作壽命，有必要將節點(diǎn)設置為間歇式工作模式，即工作休眠周期性交替進(jìn)行。下式為節點(diǎn)壽命預測公式：

式中：Td為節點(diǎn)可工作天數;Qb為可用電池容量;tw為每周期內工作時(shí)長(cháng);ts為每周期內休眠時(shí)長(cháng);Iw為工作電流;Is為休眠電流。根據預潮公式及假定電池可用容量為1 000 mAh，可以預測在不同休眠時(shí)長(cháng)下的工作天數如表3所示。對特定的傳感節點(diǎn)，其單周期內數據采集、處理、發(fā)送所占用的工作時(shí)長(cháng)是一定的，可變的就是休眠時(shí)長(cháng)，通過(guò)控制傳感節點(diǎn)不同的休眠時(shí)長(cháng)來(lái)獲取其相應的工作壽命特性。由表3可知，隨著(zhù)休眠時(shí)長(cháng)的增加，節點(diǎn)工作壽命隨之延長(cháng)，當休眠時(shí)長(cháng)為60s，即1 min進(jìn)行1次數據采集發(fā)送時(shí)，傳感器節點(diǎn)能夠連續使用約1年時(shí)間。

在實(shí)際測試過(guò)程中，采用孚安特鋰電ER14250H和普通7號南孚堿性電池進(jìn)行比對實(shí)驗，前者電池容量為1 200 mAh，后者無(wú)容量標識，但根據其官方網(wǎng)站測試說(shuō)明，估計亦在1 200 mAh左右?？紤]長(cháng)時(shí)間測試中電池自放電效應，其實(shí)際可用容量必定要小些，仍采用1 000 mAh假定值的預測結果進(jìn)行比較。實(shí)驗得到節點(diǎn)實(shí)際可工作天數如表3所示，測試結果與預測趨勢大體上是一致的，傳感節點(diǎn)可工作天數與其在一個(gè)工作周期內的休眠時(shí)長(cháng)相關(guān)。所以，為延長(cháng)傳感節點(diǎn)壽命，有必要根據實(shí)際情況確定節點(diǎn)的工作休眠時(shí)間，在保證網(wǎng)絡(luò )穩定性、數據可靠性的前提下盡量安排更多的休眠時(shí)間。另外，在組網(wǎng)測試中，傳感節點(diǎn)單跳距離約60 m，自組織特性良好，傳感節點(diǎn)可以選擇較優(yōu)路由入網(wǎng)，服務(wù)器對終端傳感節點(diǎn)的數據獲取、監測、控制功能均正常。該設計實(shí)現的溫濕度傳感節點(diǎn)如圖3所示，電路由CC2430射頻板和傳感器底板組成，兩者通過(guò)12 pin×2接口連接，方便安裝使用。

4 結語(yǔ)

本文介紹了一種基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的設計與實(shí)現，并進(jìn)行了測試。實(shí)驗結果表明，傳感節點(diǎn)具備低功耗特性，能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)實(shí)施靈活的測量和控制，滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )要求。同時(shí)，節點(diǎn)設計方法有一定參照價(jià)值，便于移植和改進(jìn)，可用于其他參量的測量與控制。誠然，降低功耗可以延長(cháng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的使用壽命，如果能夠利用諸如光照、風(fēng)力、震動(dòng)等外界能量，從而使傳感節點(diǎn)有效地自我補給，這對于野外部署的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )將有著(zhù)積極意義。