時間:2010-05-17 10:24:29來源:wuyue
引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微型節(jié)點,通過自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布式處理帶來的監(jiān)測高精度、高容錯性、大覆蓋區(qū)域、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等眾多優(yōu)點,成為近期國際上網(wǎng)絡(luò)研究的重要熱點之一。
微型節(jié)點的結(jié)構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)微型節(jié)點由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和電源管理單元4部分組成,如圖1所示。數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的 采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,本設(shè)計中數(shù)據(jù)采集單元包括了溫度、濕度、光強(qiáng)度、加速度和大氣壓力傳感器;數(shù)據(jù)處理單元負(fù)責(zé)控制整個節(jié)點的處理操作、路由協(xié)議、同步定 位、功耗管理、任務(wù)管理等;數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)與其他節(jié)點進(jìn)行無線通信,交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);電源管理單元選通所用到的傳感器,節(jié)點電源由兩節(jié) 1.5V堿性電池組成,今后將采用微型紐扣電池,以進(jìn)一步減小體積。為了調(diào)試方便及可擴(kuò)展性,將數(shù)據(jù)采集單元獨立出來,做成兩塊能相互套接的可擴(kuò)展主板。
微型節(jié)點模塊設(shè)計
數(shù)據(jù)處理單元
采集環(huán)境參數(shù)信號,需要采樣率很高、數(shù)據(jù)量大的CPU。如果采用傳統(tǒng)51系列作為CPU,那么外圍A/D器件速度和CPU速度就有一個相互限制 的瓶頸;如果加上比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和存儲,需要擴(kuò)展外部ROM和RAM;這樣多的外圍器件限制了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和速度的提高,同時也大大增加了系統(tǒng)的功 耗。綜合對比之后,數(shù)據(jù)處理單元選用ATmega128L進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)處理單元接口電路如圖2所示。
數(shù)據(jù)傳輸單元設(shè)計
數(shù)據(jù)采集單元
電源管理單元設(shè)計
電能是傳感器網(wǎng)絡(luò)最珍貴的資源,它決定著傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。節(jié)點的電能一旦耗盡,即宣布其壽命到期并退出網(wǎng)絡(luò),由剩下的節(jié)點再重新組網(wǎng)。因此節(jié) 點的電源管理非常重要。在本設(shè)計中采用多路器芯片ADG715BRU在I2C總線的控制下選通所用到的傳感器,沒有用到的傳感器不帶電,以達(dá)到在無數(shù)據(jù)采 集任務(wù)時及時關(guān)閉電源而節(jié)省電能的目的。
結(jié)語
作者在總結(jié)歸納已有研究成果的基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了基于ATmega128L結(jié)合外圍傳感器和2.4GHz無線收發(fā)模塊CC2420的無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)微型節(jié)點,該節(jié)點在試驗中應(yīng)用良好,能夠采集精度較高的溫度、濕度、光線、加速度和大氣壓力數(shù)據(jù),并通過網(wǎng)絡(luò)暢通地傳回給主機(jī),并實現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)必須的低功耗。為將來通信結(jié)構(gòu)和具體協(xié)議的設(shè)計提供了基礎(chǔ)。
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