無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)硬件的模塊化設計

3．3 采集模塊
采集模塊負責采集數據并調理數據信號。本設計中，監測的是土壤的溫度和濕度數據，采用的傳感器是PTWD-3A型土壤溫度傳感器以及TDR-3型土壤水分傳感器。
PTWD-3A型土壤溫度傳感器采用精密鉑電阻作為感應部件，其阻值隨溫度變化而變化。為了準確地進(jìn)行測量，采用四線(xiàn)法測量電阻原理，將電阻信號調理成CC2430芯片A／D通道能采樣的電壓信號。圖7中，由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2．5 V電源構成10 mA恒流源。10 mA的電流環(huán)流經(jīng)傳感器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號，由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430芯片的ADC通道進(jìn)行采樣。

TDR-3型土壤水分傳感器輸出信號即為電壓信號，其調理電路如圖8所示。傳感器輸出信號通過(guò)P354運算放大器送入CC2430芯片的ADC通道進(jìn)行采樣。

3．4 電源模塊
電源模塊負責調理電壓、分配能量，分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個(gè)模塊。本設計中采用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。
作為環(huán)境監測的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用，節點(diǎn)需要在野外無(wú)人看守的情況下進(jìn)行工作，能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計采用太陽(yáng)能電池板為節點(diǎn)在野外工作時(shí)進(jìn)行電能的補給，充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態(tài)對鉛酸電池進(jìn)行合理、有效的充電。如圖9所示，光電耦合器TLP521-100和場(chǎng)效應管Q共同構成了充電模塊的開(kāi)關(guān)電路，可以由CC2430芯片的I／0口很方便地進(jìn)行控制。

在太陽(yáng)能電池板對電池充電時(shí)，電池不能對系統進(jìn)行供電，因此設計中采用了雙電源供電方式，保持“一充一供”的工作狀態(tài)，雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示，采用了兩個(gè)開(kāi)關(guān)電路對兩塊電源進(jìn)行切換。

在電源進(jìn)行切換時(shí)，總是先打開(kāi)處于閑置狀態(tài)的電源，再關(guān)閉正在為系統供電的電源，因此會(huì )在一段短暫的時(shí)間內同時(shí)有兩個(gè)電源對系統供電，這是為了防止系統出現掉電情況。
電源模塊需提供5 V、3．3 V、2．5 V等多組電源以滿(mǎn)足節點(diǎn)各模塊的供能需求。由于系統電源組較多，電壓轉換模塊采用了開(kāi)關(guān)型降壓穩壓器以及低壓差線(xiàn)性穩壓器等多種電壓轉換芯片來(lái)對電源進(jìn)行電壓轉換，同時(shí)要確保電源模塊供能的高效性。

結語(yǔ)
節點(diǎn)的設計對整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統至關(guān)重要。本設計采用了功能強大的射頻芯片CC2430作為核心管理芯片，能較好地完成數據采集、分析、傳輸等多個(gè)功能。硬件的模塊化設計大大加強了節點(diǎn)的穩定性、可靠性和通用性，在野外無(wú)人值守的情況下無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統可以長(cháng)期、穩定地進(jìn)行環(huán)境方面的監測。