基于單片機的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)制作及組網(wǎng)設計方案

　　早在上世紀70年代，就出現了采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構成的傳感器網(wǎng)絡(luò )雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò )同時(shí)還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過(guò)與傳感器控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò )，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò )。到了20世紀90年代后期，隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器采用現場(chǎng)總線(xiàn)連接傳感控制器構成局域網(wǎng)，這就是第三代傳感器網(wǎng)絡(luò )?，F在，傳感器網(wǎng)絡(luò )以無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )為標志，它正處于研究和發(fā)展的階段，我們稱(chēng)之為第四代傳感器網(wǎng)絡(luò )。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò )，可以應用在軍事：環(huán)保，醫療以及空間探索等許多領(lǐng)域，可以說(shuō)它具有非常廣泛的應用前景。

　　2． 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )硬件設計

　　2.1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )模型　　　　　　　

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)以自組織形式構成多跳級中繼的分級結構網(wǎng)絡(luò )，這不同于基于傳統無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的無(wú)基礎設施網(wǎng),通過(guò)在監測區域內設置多個(gè)傳感器節點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)節點(diǎn)）,由各節點(diǎn)自行協(xié)調并迅速組建通信網(wǎng)絡(luò ),按照一定原則進(jìn)行工作任務(wù)劃分以獲取監測區域物理信息。我們所說(shuō)的網(wǎng)絡(luò )的自組織特性是指當節點(diǎn)失效或新節點(diǎn)加入時(shí)網(wǎng)絡(luò )能夠自適應重新組建,個(gè)別節點(diǎn)即使出現問(wèn)題也不會(huì )影響全局，即網(wǎng)絡(luò )中的各節點(diǎn)除具備數據采集功能外兼有數據轉發(fā)實(shí)現多跳的路由功能。

　　2.2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的構成

　　典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)由電源，數據獲取單元DAU，數據處理單元DPU，數據發(fā)送和接受單元DRSU組成。數據獲取單元由傳感器進(jìn)行監測區域內待測對象的信息采集; 數據處理單元實(shí)現數據的分析、處理和存儲等功能; 數據發(fā)送和接受單元負責低功耗短距離節點(diǎn)間通信; 電源單元選取小型化、高容量的電池,以確保節點(diǎn)的長(cháng)壽命和微型化。具體節點(diǎn)設計如下圖所示

　　2.2.1 數據發(fā)送和接收單元

　　數據發(fā)送和接收單元采用國內生產(chǎn)的STR系列微功率無(wú)線(xiàn)射頻通信模,其主要特點(diǎn)是: (1)最大發(fā)射功率10mW。(2)高抗干擾能力和低誤碼率。(3)傳輸距離遠。在視距情況下，天線(xiàn)高度>2米,可靠傳輸距離可達300-400m(BER=1200bps)。(4)雙串口，3種接口方式。STR系列提供2個(gè)串口3種接口方式，COM1為T(mén)TL電平UART接口。COM2由用戶(hù)自定義為標準的RS-232/RS-485口。

　　2.2.2 數據處理單元

　　數據處理單元采用集成度高、功能豐富、超低功耗的8位單片機－AT89S系列單片機。豐富的片內外設、節能、多種工作模式和對C語(yǔ)言程序設計的支持,使得Atmel89S系列單片機非常適合于應用在嵌入式系統中。Atmel89S系列單片內部集成看門(mén)狗、兩個(gè)16位定時(shí)器/計數器、一個(gè)串行通信接口，32條輸入輸出線(xiàn)，帶有4KB Flash和128B內存。其作用是實(shí)現對數據處理，包括以下功能：

　?。?） 控制無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，為其提供兩條單向傳輸線(xiàn)（串行口）進(jìn)行數據傳輸；

　?。?） 實(shí)現了對傳感器的數據采集，把傳感器傳入的數據作為輸入進(jìn)行處理后輸出相應的控制信號；

　?。?） 對傳輸數據的處理，如檢錯校驗，使得傳輸的效率和可靠性大大提高；

　?。?） 與上位機進(jìn)行通信，執行相應的命令并且具有對數據和命令轉發(fā)的功能；

　?。?） 自動(dòng)監測的功能，在沒(méi)有相應命令執行期間，能自動(dòng)執行監測并向上位機發(fā)送信號，告知上位機檢測區域的狀況。

　　2.2.3 數據獲取單元

　　數據獲取單元采用國內廠(chǎng)家生產(chǎn)的MQ系列的CO濃度傳感器－采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度的增加而增大，高溫清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。此傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。它不但對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，而且具有使用壽命長(cháng)和高穩定性的優(yōu)點(diǎn)。