糧庫無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò )的監測節點(diǎn)設計

引 言
科學(xué)儲糧是糧食生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節，若管理不當，糧食發(fā)霉或生蟲(chóng)會(huì )造成極大的浪費。糧庫管理中最重要的問(wèn)題是監測糧堆中的溫、濕度變化。國家為糧食儲藏每年支付很高的費用，主要是因為監測設備的成本過(guò)高，管理方式不夠先進(jìn)。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得研制低成本的先進(jìn)糧庫溫濕度監測方法成為現實(shí)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，WSN)是將大量低功耗、低成本的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)布置到相關(guān)區域，各傳感器節點(diǎn)通過(guò)自組織快速形成的一種分布式網(wǎng)絡(luò )。WSN具有廣闊的應用前景，例如災難預警與救助、環(huán)境監測和生物多樣化勘測、智能樓宇、設備管理、機器監視和維護、運輸和信息通信業(yè)務(wù)等。在糧庫中構建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，就可以實(shí)現對糧庫各處溫濕度的低成本、高效監測。其中的傳感器節點(diǎn)是組成糧庫WSN的基本單位，節點(diǎn)將采集的溫濕度數據傳送給相鄰節點(diǎn)，根據采用的路由協(xié)議最終傳送到匯聚節點(diǎn)(sink)。匯聚節點(diǎn)解析接收到的數據，連接到因特網(wǎng)上實(shí)現信息的更廣泛傳遞。由此可知，節點(diǎn)的設計直接影響到糧庫WSN的性能。出于糧庫WSN低功耗、低成本的考慮，通常采用8位單片機為節點(diǎn)CPU。本設計實(shí)現了以高檔8位AVR單片機ATmega128L為核心，結合外圍溫濕度傳感器SHT11和無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC2420的糧庫無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。

1 節點(diǎn)結構
糧庫無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)主要功能是采集糧庫溫濕度數據，并將數據發(fā)送給匯聚節點(diǎn)。它由傳感器模塊、處理模塊、傳輸模塊和能量供應模塊4個(gè)部分組成，如圖1所示。

傳感器模塊采用的是瑞士Scnsirion公司推出的溫濕度傳感器SHT11，通過(guò)I2C接口與處理模塊相連；處理模塊控制其他模塊以及WSN的路由協(xié)議、同步定位執行和節點(diǎn)的功耗管理等；傳輸模塊主要由低功耗無(wú)線(xiàn)通信芯片CC2420及其外圍電路組成，軟件上運行相應的通信協(xié)議；能量供應模塊采用2節 5號AA電池供電。

2 糧庫無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計
2．1 處理模塊設計
ATmega128L是Atmel公司于2001年推出的采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的基于A(yíng)VR RISC結構的8位微控制器。該芯片內部采用Harvard結構，具有極低的能耗和豐富的資源；具有片內128 KB的Flash存儲器、4 KB的SRAM數據存儲器(可外接擴展到64 KB)和4 KB的E2PROM存儲器。該芯片還有8個(gè)10位ADC通道，2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)／計數器，可在多種不同模式下工作；8個(gè)PWM通道、可編程看門(mén)狗定時(shí)器和片上振蕩器、片上模擬比較器；USART0／1、SPI、I2C總線(xiàn)接口；可以采用JTAG編程和ISP編程兩種方式。除正常工作模式外， ATmega128L還具有6種不同等級的低能耗操作模式，每種模式具有不同的能耗。因此ATmega128L非常適合于低能耗的應用場(chǎng)合。處理模塊選用 AT-mega128L，其接口電路如圖2所示。