基于TinyOS的人體溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的頂層配置組件程序#e#

　　溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)的頂層配置組件程序如下：

　　configuration SensorNodeSHT_C

　　{

　　}

　　implementation {

　　components MainC; /*TinyOS2主模塊，這里用于關(guān)聯(lián)系統(tǒng)啟動(dòng)*/

　　components new TimerMilliC() as TimerC;

　　components SensorNet_C; /*射頻模塊、CSMA協(xié)議及MCU電源管理控制配置組件*/

　　components SHT10_C; /*溫濕度傳感器SHT10配置組件*/

　　components SensorNodeSHT_M; /*頂層模塊組件*/

　　SensorNodeSHT_M.Boot-》MainC.Boot;

　　SensorNodeSTH_M.Timer-》TimerC;

　　SensorNodeSTH_M.RFControl-》SensorNet_C;

　　SensorNodeSTH_M.AMPacket-》SensorNet_C;

　　……

　　SensorNodeSTH_M.Send-》SensorNet_C;

　　SensorNodeSTH_M.SHT-》SHT10_C; /*實(shí)現(xiàn)接口STH的連接*/

　　}

　　在配件SensorNet_C中，通過(guò)連接配件CC2430ActiveMessageC使用模塊組件CC2430ActiveMessageP中提供的射頻功能。CC2430ActiveMessageP是射頻堆棧中的頂層組件，提供單跳通信實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)連接配件McuSleepC使用模塊組件 McuSleepP中的MCU電源管理功能，實(shí)現(xiàn)MCU睡眠、定時(shí)和啟動(dòng)等功能，以降低節(jié)點(diǎn)功耗。需要在使用McuSleepP組件的上層組件 SensorNet_M中實(shí)現(xiàn)事件McuSleepControl.beforeSleep()和 McuSleepControl.afterWakeup()，以保護(hù)和恢復(fù)睡眠前后的狀態(tài)。

　　溫濕度傳感器SHT10具有兩線制串行接口，輸出已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)。這里定義SHT10的接口SHT如下，需要在模塊組件SHT10_M中實(shí)現(xiàn)接口所定義的命令。

　　interface SHT{

　　command error_t read(); /*在傳感器模塊組件STH10_M中實(shí)現(xiàn)*/

　　event void readDone(error_t result，uint16_t temperature，uint16_t humidity); /*在頂層模塊組件SensorNodeSHT_M中實(shí)現(xiàn)*/

　　}

　　中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)射頻數(shù)據(jù)接收，然后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)送給PC機(jī)。其頂層配置文件如下：

　　configuration CenterNode_C{

　　}

　　implementation{

　　components CenterNode_M; /*頂層模塊組件*/

　　components MainC;

　　components CC2430ActiveMessageC as ActiveMessageC;

　　components ABSC; /*串口通信控制組件*/

　　CenterNode_M.Boot-》MainC.Boot;

　　CenterNode_M.RFControl-》ActiveMessageC;

　　CenterNode_M.AMPacket-》ActiveMessageC;

　　CenterNode_M.Packet-》ActiveMessageC;

　　CenterNode_M.Receive-》ActiveMessageC.Receive;

　　CenterNode_M.ABS-》ABSC;

　　}

　　2 傳感器節(jié)點(diǎn)功耗計(jì)算

　　對(duì)人體生理參數(shù)進(jìn)行采集，尤其在室外應(yīng)用中，低功耗對(duì)于電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)非常重要。以下應(yīng)用參考文獻(xiàn)[6]中的方法對(duì)本設(shè)計(jì)中的傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行計(jì)算。采用3.3 V直流電源供電，將一個(gè)1%精度的10 Ω電阻與CC2430EM串聯(lián)，通過(guò)測(cè)量電阻兩端的電壓降來(lái)計(jì)算一個(gè)采樣周期中各個(gè)時(shí)間段的電流。設(shè)采樣周期T=10 s，CC2430射頻輸出功率設(shè)置為100%，圖3為使用示波器TPS2024在傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)獲取的電阻兩端電壓變化波形圖，水平方向2.50 ms/div，垂直方向100 mV/div。表1為活動(dòng)期間的電流消耗。

　　一個(gè)采樣周期T內(nèi)低功耗模式時(shí)間(A段、G段，CC2430在PM2模式下)：

　　TPM2=T-Ton=10000 ms-20.45 ms=10 451.65 ms

　　低功耗模式下(CC2430在PM2模式下)電流消耗：

　　0.000 5 mA×10 451.65 ms=5.225 8 mA·ms

　　一個(gè)采樣周期T內(nèi)總電流消耗：

　　472.1 mA·ms+5.225 8 mA·ms)/(3 600 000 ms/h)=1.326×10-4 mAh/10 s

　　每小時(shí)消耗電流：1.326×10-4×360=0.047 74 mA

　　假設(shè)使用60 mAh的紐扣電池，則可以使用時(shí)間為：60 mAh/0.047 74 mA=1 256 h≈52 天

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文采用nesC語(yǔ)言設(shè)計(jì)了基于TinyOS的中心節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)程序，實(shí)現(xiàn)了使用CSMA/CA協(xié)議的星型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并以溫濕度數(shù)據(jù)采集為例，設(shè)計(jì)了采用溫濕度數(shù)字傳感器SHT10的傳感器節(jié)點(diǎn)。當(dāng)采樣周期為10 s、使用60 mAh電池供電時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)可持續(xù)工作52天。本設(shè)計(jì)能夠滿足無(wú)線、便攜、低功耗地采集人體生理參數(shù)的需要。使用模塊化編程語(yǔ)言nesC，提高了開(kāi)發(fā)效率，便于擴(kuò)展。本文介紹的研究和設(shè)計(jì)方法可在相關(guān)應(yīng)用中使用。