基于環(huán)境信息監測的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計

摘要：針對海岸、海洋環(huán)境遠程實(shí)時(shí)監測的需求，設計了由超低功耗MCU芯片MSP430F1611、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片CC2420及各種傳感器接入電路構成的具有多種環(huán)境參數采集功能的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。該節點(diǎn)系統利用所搭載的各種傳感囂采集環(huán)境中的溫度、濕度、光照強度等數據，通過(guò)相鄰節點(diǎn)間的無(wú)線(xiàn)通信，以多跳傳輸的方式，將測量數據上傳給上位監控機，可實(shí)現對海岸、海洋現場(chǎng)環(huán)境信息的遠距離實(shí)時(shí)監測。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；環(huán)境信息監測；節點(diǎn)；微控制器；協(xié)議棧

隨著(zhù)微電子技術(shù)，通信技術(shù)的迅速發(fā)展，將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結合的智能傳感器以其比較高的精度、良好的可靠性、功能的多樣性等優(yōu)勢在過(guò)程控制以及信號監測中越來(lái)越多地得到人們的關(guān)注，已成為當今國內外研究的一大熱點(diǎn)。本文設計了一種用于對環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，能夠對環(huán)境參數進(jìn)行準確的測量并可靠傳輸，充分體現了傳感器系統的數字化、智能化、無(wú)線(xiàn)化的優(yōu)點(diǎn)。
該節點(diǎn)的設計以MSP430F1611超低功耗單片機為核心，配置新式的微型低功耗傳感器，可實(shí)時(shí)地對所測的環(huán)境中的溫度、濕度、光照強度等參數進(jìn)行測量處理。采用5號電池供電，信息的無(wú)線(xiàn)傳輸可避免遠距離布線(xiàn)的繁瑣，具有較好的布設靈活性，適用于惡劣環(huán)境下一定區域的環(huán)境信息測量。

1 硬件節點(diǎn)設計
根據無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)管理機制，把節點(diǎn)分成傳感器節點(diǎn)、簇頭節點(diǎn)和匯聚節點(diǎn)3種類(lèi)型。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的簇頭節點(diǎn)和匯聚節點(diǎn)主要完成數據接收和發(fā)送功能，因此節點(diǎn)主要由微處理模塊和無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。而傳感器節點(diǎn)主要是通過(guò)傳感器采集周?chē)h(huán)境的數據(溫度、濕度、光感度等)，然后進(jìn)行A／D轉換，經(jīng)處理器處理后由射頻模塊發(fā)送到相鄰節點(diǎn)，同時(shí)該節點(diǎn)也要執行數據轉發(fā)功能，即把相鄰節點(diǎn)發(fā)送的數據發(fā)送到匯聚節點(diǎn)或離匯聚節點(diǎn)更近的節點(diǎn)。整個(gè)硬件系統主要劃分為數據采集、數據處理、無(wú)線(xiàn)傳輸和供電4個(gè)模塊，硬件節點(diǎn)結構圖如圖1所示。其中數據采集模塊負責由傳感器對周?chē)h(huán)境參數信息進(jìn)行采集；數據處理模塊實(shí)現數據的分析、處理和存儲功能；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊負責低功耗短距離節點(diǎn)間的通信；供電模塊選取體積小、容量高的電池，以確保節點(diǎn)的微型化和長(cháng)壽命。

1．1 數據采集模塊
數據采集模塊是應用傳感器件采集環(huán)境的溫度、濕度、光照強度等參數，然后將采集到的數據通過(guò)A／D轉換送給單片機進(jìn)行處理。
1．1．1 溫濕度傳感器
溫度、濕度的測量采用Sensirion公司生產(chǎn)的，具有I2C總線(xiàn)接口的溫濕度集成于一體的數字式傳感器SHTll。SHTll為具有二線(xiàn)串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來(lái)測量相對濕度、溫度等參數，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換等特點(diǎn)。

微處理器與SHTll的連接如圖2所示，只需用2條I／O口線(xiàn)分別作為數據線(xiàn)DATA和時(shí)鐘線(xiàn)SCK，并在DATA端接入1只上拉電阻，同時(shí)在VDD及GND端接入1只去耦電容，通過(guò)相應的軟件設計，即可完成數據采集與傳輸。