無線傳感網(wǎng)絡（WSN）設計經(jīng)典參考實例（二）

　二、基于無線傳感網(wǎng)絡的太陽能LED路燈狀態(tài)傳感器節(jié)點的設計

　　隨著太陽能LED路燈在城市照明系統(tǒng)中的廣泛應用，如何節(jié)約能源、提高路燈能源的利用率己成為急需解決的問題。太陽能LED路燈涉及到光伏電池、LED燈頭、蓄電池和路燈控制系統(tǒng)，能否最大效率地利用太陽能和延長LED燈頭的使用壽命，是目前迫切需要解決的問題。ZigBee技術以其功耗低、通信可靠、網(wǎng)絡容量大等特點為路燈自動控制領域提供了較合適的解決方案［1-3］。

　　本文研究了ZigBee技術及JN5139混合信號微控制器，從無線傳感器網(wǎng)絡的基本單位出發(fā)，采用照度傳感器、溫度傳感器、直流電壓傳感器和電流傳感器分別采集光伏電池電流電壓、蓄電池電流電壓、LED燈頭溫度和照度等數(shù)據(jù)，設計了基于JN5139模塊的具有全功能設備（FFD）的靈活多變、性能優(yōu)越的太陽能LED路燈狀態(tài)傳感器節(jié)點，為組建高性能的無線傳感器網(wǎng)絡做了基礎性的工作。將ZigBee技術結合傳感器技術組成網(wǎng)絡，解決其他控制方法中存在的問題：選擇亮度傳感器實時采集LED燈頭照度，降低了特殊環(huán)境、特殊時間誤開誤關的幾率，擺脫了人工干預。

　　1 太陽能LED路燈狀態(tài)傳感器節(jié)點的結構

　　傳感器節(jié)點基本結構如圖1所示，主要包括傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉換器、微處理器、射頻通信模塊、定位模塊和電源模塊等。傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉換；處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供所需的能量。

　　2 傳感器節(jié)點的功能

　　一般的ZigBee網(wǎng)絡由3種節(jié)點組成：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設備。協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡的中心節(jié)點，負責網(wǎng)絡的組織和維護；路由器負責網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)幀的路由；而終端設備則是實現(xiàn)具體功能的單元。本節(jié)點設計為全功能節(jié)點（FFD）設備，起到路由的作用，同時負責本地太陽能LED路燈狀態(tài)等參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，可實現(xiàn)如下功能：

　?。?）傳感器節(jié)點能定時向監(jiān)測分中心發(fā)送太陽能LED路燈狀態(tài)測量數(shù)據(jù)；

　?。?）傳感器節(jié)點能響應監(jiān)測分中心的要求，實時采集太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)；

　?。?）當傳感器節(jié)點檢測到數(shù)據(jù)超過閾值或者自身能量較低時，發(fā)送報警消息；

　?。?）能按照時間自動存貯太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時可以查詢某一時刻的太陽能LED路燈狀態(tài)數(shù)據(jù)；

　?。?）微型化、低功耗、低成本，具有高可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

　　3 傳感器節(jié)點的硬件設計

　　傳感器節(jié)點是由全功能設備（FFD）構成，其結構框圖如圖1所示。

　　3.1 微處理器模塊

　　作為ZigBee網(wǎng)絡中的節(jié)點，低功耗設計尤為重要。經(jīng)過詳細的器件功耗比較之后，選取JN5139混合信號微控制器作為處理器模塊的核心。JN5139是集成了uFl天線的高功率模塊，可以在最短的時間內(nèi)在最低的成本下實現(xiàn)IEEE802.15.4或ZigBee兼容系統(tǒng)。該表貼模塊利用Jennic的JN5139無線微控制器來提供完整的射頻和RF器件的解決方案。