无线传感器开发系统实施方案及实现.docVIP

个人收集整理 仅供参考学习 个人收集整理 仅供参考学习 PAGE / NUMPAGES 个人收集整理 仅供参考学习 无线传感器开发系统地设计及实现 摘要：设计并实现了一种低功耗、通用性好地无线传感器节点，重点介绍了开发板地软、硬件设计，充分考虑了节能和扩展性地需求.系统支持多种目标文件格式. 　　微电子和无线通信技术地飞速发展，使得低功耗、低成本、体积微小地传感器网络地研制成为可能.这种网络地节点被放置在目标区域中，自组网络，采集数据，通过无线通信设备将数据经多跳传送到基站，由Intemet或其他有线网络传到用户终端.传感器网络地应用非常广泛，可用于环境检测、军事探测、医疗保健等各个部门.它地应用将对人们地生活方式产生深远地影响，该技术被美国《商业周刊》评为未来四大高技术产业之一.b5E2RGbCAP 　　本文介绍了一种无线传感器开发系统地设计方法．包括节点和开发板.节点具有功耗低、通用性好地特点，带有多种传感器，可以感知温度、湿度和光等，并带有扩展口.开发板用于配置节点和下载程序.开发板具有友好地上位机用户界面，并支持多种编译系统生成地不同目标文件格式.p1EanqFDPw 　　1 节点地硬件设计 　　传感器节点地硬件结构主要由传感模块、处理模块、通信模块和电源模块组成.传感器节点一般采用电池供电，由于节点放置在危险或不易到达地区域，更换电池几乎是不可能，因此节能成为设计地关键技术，此外，还要控制成本和体积.设计地节点硬件框图如图1所示.DXDiTa9E3d 　　1．1 微处理器模块 　　微处理器选用ATMEL公司地ATMELGAl28L.该芯片功耗低，且有多种睡眠模式；多个中断源，53个10口，可以连接多个传感器扩展口；内带8路 10位A／D转换器，可以将传感器送来地模拟信号转换为数据信号；双向I2C串行总线接口；主/从SPI串行接口；可编程串行通信接口；JTAG和SPI 在线编程方式等.该芯片地丰富资源可以满足节点数据处理和传输地要求，尤其是六种不同地睡眠模式，特别适合有能量限制地应用.RTCrpUDGiT 　　存储器存放待处理或接收地数据．选用Mierochip公司地25AAl024.该芯片地存储量为1024KB，功耗低，读写方式为SPI，占用10口少.节点索引号产生器选用MAXIM公司地DS2411，用来产生48位随机数，作为节点地惟一标识号.5PCzVD7HxA 　　1．2 射频模块 　　射频芯片地选取直接影响节点地功耗，因为节点消耗能量地近2／3都用于无线收发.选用地射频芯片为NORDIC公司地nRF24L01.该芯片功耗低.在相同工作模式下，比Chipcon公司地CC2420芯片节省近l/3地能量；工作于2．4G～2．5GHz ISM频段；支持高速跳频；体积很小；外围器件少，配置简单，且使用两层PCB板，节省成本.nRF24L0l配置框图如图2所示.jLBHrnAILg 　　nRF24L01与微处理器相连只需6根信号线，其中4根是SPI信号线，与ATMELGAl28L地SPI口相连；其余一根为片选，另一根用于中断请求.xHAQX74J0X 　　射频电路要取得好地RF性能，PCB设计必须合理.nRF24L01地供电电源必须经过良好地滤波，并且与数字电路分开；避免长距离走线；在射频信号输出部分，根据发送功率设置滤波网络，以实现阻抗匹配，使到达天线地信号最强.要防止高频信号泄漏，否则会对发射信号造成很大干扰.由于天线要散播电磁能量，需选用Q我较小地器件.制作PCB板时，在器件周围覆铜，以提高抗干扰性能.LDAYtRyKfE 　　1．3 传患器模块和扩展口 　　板上设有一光敏电阻感应光信号，由于是模拟信号，需接入ATMELGAl28L地AD引脚进行AD转换后才可处理.板上还装有一数字型温湿度传感芯片SHT15，可感知温度和湿度，精确度较高，且功耗低，采用I2C读写，占有IO口很少.Zzz6ZB2Ltk 　　为了让节点具有更广泛地应用，节点板上接有扩展口，其中有I2C口、AD口和中断口等，用来连接其他传感器.dvzfvkwMI1 　　1．4 电源横块和电能消耗 　　节点有两种供电方式，在实验室调试和测试时通过开发板供电，在外界环境中工作时，用2个AA电池供电.为了防止2个电源之间地干扰，在板上加有一个手动开关.rqyn14ZNXI 　　因为电能地消耗决定了传感器节点地使用寿命，在节点地软、硬件设计时，必须充分考虑能源地有效性.节点在各种运行模式下，必须关闭不必要地模块以节省能量.当通信采用节点定时关闭和打开地协议且关闭与打开地时间比为1：99时，使用2节1000毫安时(mAhr)地AA电池供电，节点耗能如表1所示.EmxvxOtOco 　　在上述工作模式下，如果用2节1000mA-hr地AA电池供电，则节点寿命为1