基于單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)制作及組網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

　　早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感器控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。到了20世紀(jì)90年代后期，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器采用現(xiàn)場總線連接傳感控制器構(gòu)成局域網(wǎng)，這就是第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，傳感器網(wǎng)絡(luò)以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為標(biāo)志，它正處于研究和發(fā)展的階段，我們稱之為第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)用在軍事：環(huán)保，醫(yī)療以及空間探索等許多領(lǐng)域，可以說它具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

　　2． 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型　　　　　　　

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以自組織形式構(gòu)成多跳級中繼的分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，這不同于基于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng),通過在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)（簡稱節(jié)點(diǎn)）,由各節(jié)點(diǎn)自行協(xié)調(diào)并迅速組建通信網(wǎng)絡(luò),按照一定原則進(jìn)行工作任務(wù)劃分以獲取監(jiān)測區(qū)域物理信息。我們所說的網(wǎng)絡(luò)的自組織特性是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效或新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)網(wǎng)絡(luò)能夠自適應(yīng)重新組建,個(gè)別節(jié)點(diǎn)即使出現(xiàn)問題也不會影響全局，即網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)除具備數(shù)據(jù)采集功能外兼有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)多跳的路由功能。

　　2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成

　　典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由電源，數(shù)據(jù)獲取單元DAU，數(shù)據(jù)處理單元DPU，數(shù)據(jù)發(fā)送和接受單元DRSU組成。數(shù)據(jù)獲取單元由傳感器進(jìn)行監(jiān)測區(qū)域內(nèi)待測對象的信息采集; 數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲等功能; 數(shù)據(jù)發(fā)送和接受單元負(fù)責(zé)低功耗短距離節(jié)點(diǎn)間通信; 電源單元選取小型化、高容量的電池,以確保節(jié)點(diǎn)的長壽命和微型化。具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如下圖所示

　　2.2.1 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收單元

　　數(shù)據(jù)發(fā)送和接收單元采用國內(nèi)生產(chǎn)的STR系列微功率無線射頻通信模,其主要特點(diǎn)是: (1)最大發(fā)射功率10mW。(2)高抗干擾能力和低誤碼率。(3)傳輸距離遠(yuǎn)。在視距情況下，天線高度>2米,可靠傳輸距離可達(dá)300-400m(BER=1200bps)。(4)雙串口，3種接口方式。STR系列提供2個(gè)串口3種接口方式，COM1為TTL電平UART接口。COM2由用戶自定義為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/RS-485口。

　　2.2.2 數(shù)據(jù)處理單元

　　數(shù)據(jù)處理單元采用集成度高、功能豐富、超低功耗的8位單片機(jī)－AT89S系列單片機(jī)。豐富的片內(nèi)外設(shè)、節(jié)能、多種工作模式和對C語言程序設(shè)計(jì)的支持,使得Atmel89S系列單片機(jī)非常適合于應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。Atmel89S系列單片內(nèi)部集成看門狗、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)串行通信接口，32條輸入輸出線，帶有4KB Flash和128B內(nèi)存。其作用是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理，包括以下功能：

　?。?） 控制無線傳輸模塊，為其提供兩條單向傳輸線（串行口）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

　　（2） 實(shí)現(xiàn)了對傳感器的數(shù)據(jù)采集，把傳感器傳入的數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行處理后輸出相應(yīng)的控制信號；

　?。?） 對傳輸數(shù)據(jù)的處理，如檢錯(cuò)校驗(yàn)，使得傳輸?shù)男屎涂煽啃源蟠筇岣撸?/P>

　?。?） 與上位機(jī)進(jìn)行通信，執(zhí)行相應(yīng)的命令并且具有對數(shù)據(jù)和命令轉(zhuǎn)發(fā)的功能；

　?。?） 自動監(jiān)測的功能，在沒有相應(yīng)命令執(zhí)行期間，能自動執(zhí)行監(jiān)測并向上位機(jī)發(fā)送信號，告知上位機(jī)檢測區(qū)域的狀況。

　　2.2.3 數(shù)據(jù)獲取單元

　　數(shù)據(jù)獲取單元采用國內(nèi)廠家生產(chǎn)的MQ系列的CO濃度傳感器－采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫檢測一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度的增加而增大，高溫清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。此傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。它不但對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，而且具有使用壽命長和高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。