新型无线传感器网络节点设计和研制

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1、新型无线传感器网络节点设计和研制［摘要］本文设计了一款新型的无线传感器网络节点。该节点不仅能够在短距离内与其它节点组成网状的拓扑结构，进行短距离的通信数据传输，还能通过GPRS网络连接互联网，同时节点上使用太阳能充电，这样大大地提高了节点的监控的范围以及适应场合。本节点使用TI公司低功耗的CC2530为核心，SIM900A作为GPRS网络连接模块，外接低功耗的SHT11空气温、湿度传感器和监控摄像头等。通过测试结果表明：该节点不仅在短距离能通过Zigbee协议与其它节点自动识别组网来进行数据传输，还能够通信GPRS网络把数据传输到互联网上，功

2、耗低、数据传输稳定。［关键词］新型无线传感器网络节点GPRS网络太阳能Zigebee协议中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1009-914X(2013)33-0113-02引言无线通信技术以及计算机技术的飞速发展和日益成熟，使得大量的、低成本低功耗的微型传感器通过近距离无线通信自组织的传感器网络成为现实。在当今信息化的时代，无线传感器网络不可能局限在一个局域网里面，必须与互联网进行联网，以便数据的收集和处理。由于无线传感器网络节点的分布的随意性以及不确定的地理环境，节点的能源供应问题也是必须不能回避的，除了使用低功耗的处理器以

3、及协议的优化外，太阳能的利用是解决节点能源供应的一个很好的方法。本文设计的新型无线传感器网络节点可以很好地解决数据收集、处理以及节点的能源供应问题。1硬件系统本节点使用TI公司低功耗的CC2530为核心，SIM900A作为GPRS网络连接模块，外接低功耗的SHT11空气温、湿度传感器和摄像头，还预留了扩展接口，以方便未来的系统升级，系统框图如(图1)所示。CC2530是用于2.4GHz、IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统(SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合

4、了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU,系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他强大的功能。CC2530有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256,分别具有32/64/128/256KB的闪存。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。SHT11是瑞士Sensirion公司的微功耗的数字传感器，可以对大气温度和湿度进行测量，SHT11是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出，可以满足系统设计的要求。SIM900A是

5、SIMCom推出新款紧凑型产品，采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHZ,可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输，能够使节点连接到互联网，进行数据的上传和处理。节点的电源供给采用磷酸铁锂电池提供的3.2V电压，电池的容量为600mAh,完全满足节点的功率需求。设计采用了太阳能充电电路来延长节点的生命周期。使用集成的电池充电控制电路芯片CN3058,CN3058是专门为一节磷酸铁锂电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最

6、大持续充电电流可达500mA,不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。2软件系统2.1Zigbee网络通信协议节点使用Zigbee网络通信协议，TI公司的CC2530芯片里面已经集成了Zigbee协议,极大的方便了软件系统的开发。Zigbee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术，Zigbee技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势。Zigbee网络节点类型分3种，协调器(coordinator),包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、

7、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息；路由器（FFD、router）,?可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输；终端节点（RFD）,RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息oZigbee具有自组织功能，无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络；自愈功能,增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统

8、仍然能正常工作。Zigbee技术的体系结构主要由物理层（PYH）、媒体接入控制（MAC）层、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如（图2）所示。2.2GP