基于单片机的无线传感器网络设计

ByGrith4

! C, }. b7 _7 P$ z: V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
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
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
的事项作了较为详尽的阐述。
# {- }6 p* T; U7 W关键字:无线传感器网络;单片机; co浓度;低功耗;节点
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
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
  ?5 d' \! _* G% D0 p' ~  G3 U8 b) x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
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
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
  [2 P* M8 e6 n8 N/ ^. b' t$ D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
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
# f. _- f: C) T3 j# a  x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
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: .
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
; Z# r) r) ]. v) Z6 ?  `( C应用前景。
2无线传感器网络硬件设计
2.1无线传感器网络模型
, t' i% Q; R# p/ q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，这不同于基于传统无线网络的无基础设施网,通过
( h$ _# t  r7 b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
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
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
- |/ E4 `. i8 G6 U# x9 E1 g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
6 E! Y+ f' n# M! i: |  {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
集功能外兼有数据转发实现多跳的路由功能。
. F( t; |, Q5 n, T0 r1 O2.2无线传感器网络节点的构成
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
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
  T* |) {2 K0 w' B' C$ l* y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
' M/ z, _: c% a9 z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
" Z0 |, f: `/ G: F+ e4 Z* o9 C图1节点组成
" ~& F) l4 ^) X: ?3 b2.2.1数据发送和接收单元
9 |. x3 _7 M8 Q& h5 _- |5 Q# n9 b数据发送和接收单元采用国内生产的STR系列微功率无
" g) M6 D& c. w3 Q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
度>2米,可靠传输距离可达300 -400m(BER=1 200bps)。(4)双串
8 F8 e* y9 Q8 K2 f; N% K1 `' u口，3种接口方式。STR系列提供2个串口3种接口方式,COM1
" I( \4 M  g0 [: @# c为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS-
232/RS- 485口。
2.2.2数据处理单元
% @: }# t; Y2 q3 N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.
% b: G4 y$ Y2 k  j8 b模式和对C语言程序设计的支持使得Atmel89S 系列单片机非
" d5 D7 n; I1 T

- a. _" F# @4 F* [" q  k# a9 Z
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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