基于单片机的无线传感器网络设计

ByGrith4

, c& Q% u+ M, @$ W7 r摘要:本文介绍了基于单片机的无线传感器网络节点制作及组网设计方案。在工程应用中我们结合STR系列微功率无线射
- T; n  |: {8 n- o频通信模块和新型数字CO浓度传感器设计可组建的无线网络的探测节点,实现对地下车库CO浓度的采集,从而成功的把
. H! q7 k5 {5 e无线传感器网络应用在我们的地下车库CO浓度报警系统中。文中对无线传感器网络的硬件设计,软件设计以及应该注意
# L2 e( E+ X+ C- P6 b1 e0 [% f/ p的事项作了较为详尽的阐述。
关键字:无线传感器网络;单片机; co浓度;低功耗;节点
1 i% p" K( n" I- E0 [1引言
早在上世纪70年代，就出现了采用点对点传输、连接传感
* c: }& q. t6 d5 N# Z2 ~6 e控制器而构成的传感器网络雏形,我们把它归之为第- -代传感
器网络。随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具
: S6 Q2 d5 G( `! o有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感器控制
! J3 j7 s. G" @3 V; O器的相联组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第
, r* H' D$ H* x6 a二代传感器网络。到了20世纪90年代后期,随着传感器技术的
/ I: S# ]1 f* f发展,智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网，这
就是第三代传感器网络。现在传感器网络以无线传感器网络为
) R" S0 S- Z% ^- O5 v6 n! M标志,它正处于研究和发展的阶段,我们称之为第四代传感器网
络。无线传感器网络是新- -代的传感器网络,可以应用在军事: .
, t+ L$ s2 K3 |8 ?" ]环保,医疗以及空间探索等许多领域,可以说它具有非常广泛的
应用前景。
2无线传感器网络硬件设计
# T( B9 [/ m" d+ X" M, w2.1无线传感器网络模型
6 }+ M- S( m, N5 b/ t( s无线传感器网络节点以自组织形式构成多跳级中继的分
* v  f4 L5 z* e8 T2 ?5 _级结构网络，这不同于基于传统无线网络的无基础设施网,通过
( S! N5 W& h: c( k/ b) s; k, C在监测区域内设置多个传感器节点(简称节点),由各节点自行协
( a+ r3 L. A' ]: h调并迅速组建通信网络,按照- -定 原则进行工作任务划分以获
7 {7 L$ f2 s* |- j9 q取监测区域物理信息。我们所说的网络的自组织特性是指当节
点失效或新节点加入时网络能够自适应重新组建,个别节点即
使出现问题也不会影响全局，即网络中的各节点除具备数据采
1 k, l/ T# R( L9 L, M; M3 Y集功能外兼有数据转发实现多跳的路由功能。
2.2无线传感器网络节点的构成
- l+ p& Z8 G. ~; _1 Z( {( V$ A% E! C典型的无线传感器网络节点由电源,数据获取单元DAU,数
据处理单元DPU,数据发送和接受单元DRSU组成。数据获取单
1 v4 O7 R9 @& V; {  V元由传感器进行监测区域内待测对象的信息采集;数据处理单
元实现数据的分析、处理和存储等功能;数据发送和接受单元负
责低功耗短距离节点间通信;电源单元选取小型化、高容量的电
池,以确保节点的长寿命和微型化。具体节点设计如下图所示
图1节点组成
2.2.1数据发送和接收单元
7 j! h0 R$ l1 m) Q数据发送和接收单元采用国内生产的STR系列微功率无
9 B! y" A% c/ j6 O" ]线射频通信模,其主要特点是: (1)最大发射功率10mW。(2)高抗
干扰能力和低误码率。(3)传输距离远。在视距情况下，天线高
5 Z+ Z) _  a- u" H  ?度>2米,可靠传输距离可达300 -400m(BER=1 200bps)。(4)双串
口，3种接口方式。STR系列提供2个串口3种接口方式,COM1
为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS-
2 b3 `- r" N7 `  R232/RS- 485口。
2.2.2数据处理单元
数据处理单元采用集成度高、功能丰富、超低功耗的8位
单片机-AT89S系列单片机。丰富的片内外设、节能、多种工作.
模式和对C语言程序设计的支持使得Atmel89S 系列单片机非

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无线传感器网络节点以自组织形式构成多跳级中继的分级结构网络