無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )（WSN）設計經(jīng)典參考實(shí)例（二）

　二、基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)傳感器節點(diǎn)的設計

　　隨著(zhù)太陽(yáng)能LED路燈在城市照明系統中的廣泛應用，如何節約能源、提高路燈能源的利用率己成為急需解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能LED路燈涉及到光伏電池、LED燈頭、蓄電池和路燈控制系統，能否最大效率地利用太陽(yáng)能和延長(cháng)LED燈頭的使用壽命，是目前迫切需要解決的問(wèn)題。ZigBee技術(shù)以其功耗低、通信可靠、網(wǎng)絡(luò )容量大等特點(diǎn)為路燈自動(dòng)控制領(lǐng)域提供了較合適的解決方案［1-3］。

　　本文研究了ZigBee技術(shù)及JN5139混合信號微控制器，從無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的基本單位出發(fā)，采用照度傳感器、溫度傳感器、直流電壓傳感器和電流傳感器分別采集光伏電池電流電壓、蓄電池電流電壓、LED燈頭溫度和照度等數據，設計了基于JN5139模塊的具有全功能設備（FFD）的靈活多變、性能優(yōu)越的太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)傳感器節點(diǎn)，為組建高性能的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )做了基礎性的工作。將ZigBee技術(shù)結合傳感器技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò )，解決其他控制方法中存在的問(wèn)題：選擇亮度傳感器實(shí)時(shí)采集LED燈頭照度，降低了特殊環(huán)境、特殊時(shí)間誤開(kāi)誤關(guān)的幾率，擺脫了人工干預。

　　1 太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)傳感器節點(diǎn)的結構

　　傳感器節點(diǎn)基本結構如圖1所示，主要包括傳感器、信號調理電路、A/D轉換器、微處理器、射頻通信模塊、定位模塊和電源模塊等。傳感器模塊負責監測區域內信息的采集和數據轉換；處理器模塊負責控制整個(gè)傳感器節點(diǎn)的操作，存儲和處理本身采集的數據以及其他節點(diǎn)發(fā)來(lái)的數據；無(wú)線(xiàn)通信模塊負責與其他傳感器節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，交換控制信息和收發(fā)采集數據；能量供應模塊為傳感器節點(diǎn)提供所需的能量。

　　2 傳感器節點(diǎn)的功能

　　一般的ZigBee網(wǎng)絡(luò )由3種節點(diǎn)組成：協(xié)調器、路由器和終端設備。協(xié)調器是網(wǎng)絡(luò )的中心節點(diǎn)，負責網(wǎng)絡(luò )的組織和維護；路由器負責網(wǎng)絡(luò )內數據幀的路由；而終端設備則是實(shí)現具體功能的單元。本節點(diǎn)設計為全功能節點(diǎn)（FFD）設備，起到路由的作用，同時(shí)負責本地太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)等參數的數據采集，可實(shí)現如下功能：

　?。?）傳感器節點(diǎn)能定時(shí)向監測分中心發(fā)送太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)測量數據；

　?。?）傳感器節點(diǎn)能響應監測分中心的要求，實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)數據；

　?。?）當傳感器節點(diǎn)檢測到數據超過(guò)閾值或者自身能量較低時(shí)，發(fā)送報警消息；

　?。?）能按照時(shí)間自動(dòng)存貯太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)數據，同時(shí)可以查詢(xún)某一時(shí)刻的太陽(yáng)能LED路燈狀態(tài)數據；

　?。?）微型化、低功耗、低成本，具有高可靠性、穩定性和安全性。

　　3 傳感器節點(diǎn)的硬件設計

　　傳感器節點(diǎn)是由全功能設備（FFD）構成，其結構框圖如圖1所示。

　　3.1 微處理器模塊

　　作為ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)，低功耗設計尤為重要。經(jīng)過(guò)詳細的器件功耗比較之后，選取JN5139混合信號微控制器作為處理器模塊的核心。JN5139是集成了uFl天線(xiàn)的高功率模塊，可以在最短的時(shí)間內在最低的成本下實(shí)現IEEE802.15.4或ZigBee兼容系統。該表貼模塊利用Jennic的JN5139無(wú)線(xiàn)微控制器來(lái)提供完整的射頻和RF器件的解決方案。