功能模块分离的无线传感器网络节点设计
无线传感器网络节点的开发设计
时钟 条件 下运 行 ，耗 电电流 在０１４ ０ｍＡ之 间 ， ．～ ０ Ｒ ＡＭ 在节 电模 式 耗 电 为０１ ． ｍＡ，等 待 模 式 下仅 为０７ｍ ． Ａ。能耗 是 无 线 传 感 器 网 络 的 瓶 颈 ，节
射收器 频发
（ ＦＶ１２ Ｒ 、 ０）
——韵瓣赣
点 必 须 依 靠 电 池 供 电 ， 所 以 Ｃ Ｕ 采 用 Ｐ ＭＳ ４ Ｏ １ ９是 最 佳 的 选 择 。ＭＳ ４ ０ １ ９采 用 Ｐ ３Ｆ ４ Ｐ ３Ｆ４
维普资讯
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周 期 １ ５Ｉ） ２ Ｓ、大 量 的 寄 存 器 以及 片 内数 据 存 储 Ｉ 器 使之 具 有强 大 的处 理 能 力 。另 外 ， ＭＳ ４ ０ １９的运行 环 境 温度 范 围为 ４ ￣ ８ Ｐ３ Ｆ４ ０ ＋ ５℃ ，
点 结构 示意 图如 图２ 所示 。
图 ２ 无 线 传 感 器 节 点 结 构
使 整 个 电路 变得 异 常 简 化 ，并 可 减 少节 点 的功
耗 和 体积 。Ｍ Ｐ ３ Ｓ ４０系列 单 片机 最显 著 的特 点就
是 它 的超 低 功 耗 ，在 １ － ． 电压 、１ＭＨｚ的 ． ３ ８ ６Ｖ
通用 定 时器 ；
传 感器 网络 的具 体结 构 如 图１ 所示 。该 网络 由若
干 传 感 器节 点 、一 个无 线 接 收 功能 的 网络 控 制
节 点 及 一 台计 算 机 构成 。无 线 传感 器 节 点 分 布 于需 要 监测 的 区域 内 ，执 行 数 据 采集 、处 理 和
Ｉ 按 褥 睽
— 娠摊 嘴
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１ ６位ＲＩＣ结构 ，其 丰 富的 寻址 方式 、简洁 的 内 Ｓ
无线传感器网络系统的设计及其应用
无线传感器网络系统的设计及其应用一、引言随着科技的不断发展，无线传感器网络变得越来越普及，逐渐被应用在各个领域。
本文将介绍无线传感器网络系统的设计及其应用，涉及网络拓扑结构、传感器节点设计、数据传输与处理等方面，旨在全面了解该技术的基本原理和实现方法。
二、无线传感器网络系统概述无线传感器网络是利用无线通信技术相互连接的传感器节点网络，在环境检测、安防监控、医疗保健、农业种植等领域有广泛应用。
无线传感器节点通常由微处理器、传感器、无线模块等组成，它们能够实现对所处环境的实时监测、数据采集和传输。
无线传感器网络系统的特点是能够完成分布式数据采集、自组织网络管理、本地化计算与控制等功能，适合应用于需要大量节点、异构节点、深度分布探测等场景。
无线传感器网络系统的设计需要考虑网络拓扑结构、传感器节点设计、数据传输与处理等方面的问题。
三、无线传感器网络系统设计1.网络拓扑结构设计传感器网络拓扑结构包括：星型（Star）、多跳（Mesh）、环型（Ring）、混杂（Hybrid）等形式。
Star结构是最简单的一种，节点全部以边缘节点和中心节点的形式出现，而中心节点负责集中管理整个网络，适用于网络覆盖面积较小的场景。
Mesh结构则是将所有节点直接互相连接起来，可以提供全面的覆盖，但在实际应用中会存在传输距离限制等问题。
Ring结构是将节点设计成环状，可以提高网络的灵活性和可靠性，但减少了节点密度。
Hybrid结构为混合结构，适用于复杂且需要高可靠性的场景。
2.传感器节点设计传感器节点的设计需要考虑多种因素，例如节点功耗、传输距离、数据处理能力等，还需要考虑节点在分布式环境中的灵活性和可伸缩性。
在设计过程中，需要选择合适的传感器和微处理器，根据节点需求选择合理的电源和无线通信模块，保证节点能够稳定地工作。
同时，传感器节点必须考虑安全性和隐私保护问题，以避免数据泄露和非法的访问。
3.数据传输与处理无线传感器网络系统的数据传输和处理是该系统实现的关键。
无线传感器网络节点硬件
1 系统结构概述本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。
根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D 单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。
节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。
图1-1传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。
2 节点核心模块设计：2-1电源模块设计：电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。
节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了图2-1-1 提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。
电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V 和1.8V 的数字与模拟电压，电路如图2-1-1 所示。
2-2传感器模块设计：温度传感器设计：本设计采用LM75DM-33R2串行可编程温度传感器，这种传感器在环境温度超出用户变成设置时通知主控制器。
滞后也是可以编程解决。
它采用 2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。
它是数字型温度传感器，直接从寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。
图2-2-1 是其功能图，因为设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2 所示。
图2-2-1图2-2-2因为cc2431 本身带有A/D 模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3 。
无线传感器网络的室内定位节点设计
Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｍａ ｒ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｎ ｏ ｄ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ
功 能 和 性 能 指 标 进 行 了测 试 验 证 结 果表 明 ， 本 文 设 计 的 定位 节 点 能 够 满 足 室 内 定位 系统 的 需 求 。
关 键 词 ：Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ； 室 内定位 ； 节点 ； ＣＣ ２ ５ ３ ０ 中 图 分 类 号 ：ＴＰ ３ ９ ３ ． ０ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
引 言
公共安全 领域 内， 室 内 定 位 技 术 在 羁 押 场 所 预 警 监 控、 取保候审 、 监视居住 ， 以及 紧 急 情 况 救 援 与 救 灾 应 急 指
挥 调 度 等 应 用 中具 备 良好 的 应 用 前 景 。Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ技 术 是 一
系统 。
参 考 节 点 固 定 布 置 在 定 位 区域 范 围 内 的特 定 位 置 上 ，
接收盲节点发送 的特征信息数据信号 ， 并 提 取 出该 信 号 的 场强特征 信 息 ， 即 ＲＳ Ｓ Ｉ （ Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ 一
算法服 务器 数据服务器 客户端
种基 于 Ｉ Ｅ ＥＥ ８ ０ ２ ． １ ５ ． ４标 准 的低 复 杂 度 、 低 功耗 、 低 成 本 的无 线 通 信 技 术 ， 具 有 自组 网 、 低延迟、 可实现 １ ２ ８位 的 ＡＥＳ加 密 和 组 网 方 式 灵 活 等 特 性 ， 非 常 适 合 用 于 室 内 定
无线传感器网络汇聚节点的设计与实现
无线传感器网络汇聚节点的设计与实现摘要：由于传统的传感器采用的是电缆形式，它不仅使系统成本增加，而且也产生了许多不同信号之间的干扰。
文章采用无线传感器网络（WSN）方法，大大减少了连接的规模，而且安装更容易，信号更稳定。
与传统传感器相比，无线传感器网络具有预防性维护方便、成本低、适合恶劣环境应用等优点。
文章对无线传感器网络中汇聚节点的重要性进行了分析和讨论，并给出了硬件平台和软件平台的详细设计。
在硬件平台上，设计了LPC2214处理器和CC2530模块的无线通信装置。
为了确保传感器节点的网络灵活性，ZigBee 作为无线通信协议。
通过μμC/OS-II实时操作系统提供设计软件系统。
该设计满足水槽节点的要求，并成功应用于大型油船温度监测系统关键词：无线传感器网络；ZigBee；sink节点；μc/OS-II；温度监测引言无线传感器网络的节点安装过程较为灵活，布线相对简单，通常情况下，通过电池等设备进行供电，对于远程设备可以实时监测，本文介绍了一种无线传感器网络汇聚节点的设计。
其采用ARM处理器和CC2530作为硬件平台，以Zigbee作为无线通信协议，μC/OS-II为操作系统，完成了汇聚节点应具备的功能，并成功运用于大型油船的温度监控系统。
1 无线传感器网络汇聚节点介绍无线传感器网络一般通过三个部分组合而成，分别是传感器节点、汇聚节点以及远程客户端三级网络系统，对特定环境的物理量进行检测和感知是通过传感节点完成的，通过把这些物理量转化成电量，以供整个系统进行判断和处理。
汇聚节点在整个网络中有两部分作用，其一是对传感器节点传输过来的数据进行处理，其二是把远程控制中心的命令发送到每一个传感器节点。
所以，汇聚节点同时和远程终端以及传感器节点进行通信。
2 汇聚节点的总体设计2.1 硬件平台的设计根据汇聚节点的工作特性，硬件平台选用LPC2214芯片作为中央处理器，其采用ARM7TDMI-S为内核，是ARM体系中的一款高端芯片。
毕业论文开题报告(无线传感器网络节点设计与实现)
接下来介绍A/D转换模块，此次设计选用的芯片应该与调理电路相结合，所以应该选用具有6个独立的A/D转换接口，而且该A/D转换器的数据采样速率应该满足传感器节点的数据处理要求，从设计理念来讲，转换速率越快越好，能够让声音传感器传送来的信息在最短的时间内处理完毕，系统的延迟越短越优。但本次设计的产品是应用于实际的，所以，在考虑A/D转换器性能时，也应该综合其经济性，选用一种既经济又实用的A/D转换器。
无线传感器硬件节点内部各个模块之间并非独立的关系，而是相互联系、共同协作完成整个数据采集存储与转发的过程。本次课程设计拟采用的方案如下图所示。
图中1~6表示有6个声音传感器，在使用无线声音传感器网络节点时，6个声音传感器摆放在6个不同的位置，接收被监测区域内的声音信号。对应于调理板也有6个，也称作传声器接口，它的主要作用是将传感器传送来的模拟信号进行滤波、放大作用，便于接下来的A/D转换模块进行数据转换，而且滤波效果使得A/D转换模块转换一定频率范围的信号，减小A/D转换模块的工作量。
图1无线传感器网络硬件节点的基本构架
首先通过查阅资料，学习和掌握无线传感器网络的基本知识，了解目前国际及国内的发展现状和发展趋势，重点学习无线传感器网络硬件设计，了解一个完整的无线传感器网络节点的基本架构。面向应用的无线传感器网络硬件节点的基本构架遵循了一般嵌入式产品的基本模式，同时，基于实际应用需要，在各个层面上都有所扩展。其基本构架如右图所示。功能部件层是整个节点的硬件基础；设备驱动层为底层物理部件提供设备驱动功能与策略；嵌入式系统内核层在设备与应用之间建立连接，提供软硬件系统调用的方式，同时为上层应用提供功能服务；应用系统层为终端用户提供了面向应用的系统控制方式与工作方法[1][3]。
SDRAM是同步动态随机存储器，它用作DSP的缓存，满足DSP对数据随机存储的要求。FLASH是DSP的外部程序存储器。DSP旁的USB接口是用于数据的存取。FPGA旁的GPS是用于节点自身的定位。无线是节点的无线收发装置，它应该满足低功耗、射频范围设计需求的基本特点。FIFO是先入先出队列，用于FPGA的数据缓存[4][5][12][13]。
无线传感器网络节点硬件的模块化设计
中 图分 类 号 ：ＴＰ １ ２２
文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｍｏ ｕａ ｄ ｌ ｒ Ｈａｒ ｗａｒ ｓ ｇ ｆＷ ｉｅｌ ｓ ｎ ｏｒＮｅ ｗｏｒ ｄ ｄ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｅ ｓ Ｓｅ ｓ ｔ ｋ Ｎｏ ｅ
Ｊ ａ ｇ Ｆｅ ｇ ｎ Ｔ ｎቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ Ｔｉｎ Ｙｕ ｉｎ ｎ ｍｉ ｇ， ｏ ｇ Ｌｉ ｇ， ａ
用 户 下 达 网络 的操 作 命 令 。
Ｆａｈ 还 包 含 模 拟 数 字 转 换 器 （ ｌｓ ， ＡＤｃ） ４个 定 时 器 （ ｍ— ， Ｔｉ
ｅ ） ＡＥ １ ８协 处 理 器 ， 门狗 定 时 器 （ ａｃ ｄ ｇ ｔ ｒ ， ｒ， Ｓ ２ 看 Ｗ ｔｈ ｏ —ｉ ） ｍｅ
ＭＣＵ（ ０ １ ， ８ ５） ８ ＫＢ 的 ＲＡＭ ， ２ ＫＢ、 ４ ＫＢ或 １ ８ ＫＢ 的 ３ ６ ２
和 通 信 工 作 ； 聚节 点 负 责 网 络 的 发 起 和 维 护 ， 集 并 上 汇 收 传 数 据 ， 中转 器 下 发 的命 令 通 告 采 集 节 点 ； 将 中转 器 负 责 上 传 收 集 到 的数 据 并 将 控 制 中 心 发 出 的 命 令 信 息 传 递 给 汇 聚 节 点 ； 制 中心 负 责 处 理 最 终 上 传 数 据 ， 且 可 以 由 控 并
１ ００ ４ ０芯 片 简 介 ２３
ＣＣ ４ ０是 一 款 工 作 在 ２ ４ ＧＨｚ免 费 频 段 上 ， 持 ２３ ． 支 Ｉ ＥＥ ８ ２ １ ． Ｅ ０ ． ５ ４标 准 的 无 线 收 发 芯 片 。该 芯 片 具 有 很 高 的集 成 度 ， 积 小 功 耗 低 。单 个 芯 片 上 整 合 了 Ｚｇ ｅ 体 ｉＢ ｅ射 频（ ＲＦ） 端 、 前 内存 和 微 控 制 器 。ＣＣ ４ Ｏ拥 有 １个 ８位 ２３
无线传感器网络节点硬件的模块化设计
无线传感器网络节点硬件的模块化设计时间：2010-12-05 19:36:40 来源：作者：姜凤鸣童玲田雨3．3 采集模块采集模块负责采集数据并调理数据信号。
本设计中，监测的是土壤的温度和湿度数据，采用的传感器是PTWD-3A型土壤温度传感器以及TDR-3型土壤水分传感器。
PTWD-3A型土壤温度传感器采用精密铂电阻作为感应部件，其阻值随温度变化而变化。
为了准确地进行测量，采用四线法测量电阻原理，将电阻信号调理成CC2430芯片A／D通道能采样的电压信号。
图7中，由P354运算放大器、高精度精密贴片电阻以及2．5 V电源构成10 mA恒流源。
10 mA的电流环流经传感器电阻R1、R2将电阻信号转换成为电压信号，由差分放大器LT1991一倍增益将信号转换为单端输出送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。
TDR-3型土壤水分传感器输出信号即为电压信号，其调理电路如图8所示。
传感器输出信号通过P354运算放大器送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。
3．4 电源模块电源模块负责调理电压、分配能量，分为充电管理模块、双电源切换管理模块、电压转换模块3个模块。
本设计中采用额定电压12 V、电容量3 Ah的铅酸电池供电。
作为环境监测的无线传感器网络应用，节点需要在野外无人看守的情况下进行工作，能量补给是系统持续工作的重要保证。
本设计采用太阳能电池板为节点在野外工作时进行电能的补给，充电管理模块则是根据日照情况以及电池能量状态对铅酸电池进行合理、有效的充电。
如图9所示，光电耦合器TLP521-100和场效应管Q共同构成了充电模块的开关电路，可以由CC2430芯片的I／0口很方便地进行控制。
在太阳能电池板对电池充电时，电池不能对系统进行供电，因此设计中采用了双电源供电方式，保持“一充一供”的工作状态，双电源切换管理模块负责电源的安全、快速切换。
如图10所示，采用了两个开关电路对两块电源进行切换。
在电源进行切换时，总是先打开处于闲置状态的电源，再关闭正在为系统供电的电源，因此会在一段短暂的时间内同时有两个电源对系统供电，这是为了防止系统出现掉电情况。
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功 能 模 块 分 离 的 无 线 传 感 器 网络 节 点 设 计
曹广 华 ，赵 子 滨 ， 张晓 川 ，刘 雅 姑
ｆ． １东北 石 油 大 学 电气 信 息 ＿ 程学 院 ，黑 龙 江 大 庆 １ １３ １ ；２大庆 油 田有 限 责 任公 司 采 油工 程 研 究 院 ，黑 龙 汀 犬庆 １ ３ ０ ６ ３ ８ ． ６ ００
ｂ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌｄ ｔｉｓ ｏ ａ ｈ ｍｅ ｅ ｒ ｆｅ ｅ ｔ Ａ ｅ ｉ ｅ Ｓｐｒ ｐ ｓ ｄ． ｗｈ ｃ ｅ ａ ａ ｅ ｈ ｅ ａ ｓ ｈ ｅ ｈ ｉ ａ ｅ ａｌ ｆｅ ｃ ｍｂ ｒａ ｅ ｄｉ ｒ ｎ ． ｎ ｗ ｄ ａ ｉ ｏ ｏ ｅ ｆ ｉｈ ｓ ｐ ｒ ｔ ｓｔ ｅ
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验 平 台 ，研 究 开 发 了测 控 和 通 信 两 模 块 间 的 控 制 协 议 ， 并 完 成 了 实 际 测 试 试 验 。 实 验 结 计 能 充 分 发 挥 测 控 部 分 的硬 件 资 源 优 势 ， 减 少 对 协 议 栈 单 片 机 的 资 源 占用 ， 提 高 了 网络 节 点 的 兼 容 性 和 日常 维 护 和 升 级 的 便 利 性 。 关 键 词 ： 无 线 传 感 器 网 络 ；Ｚｇ ｅ 协 议 ；模 块 化 ；Ｐ Ｃ ８ ４ ２ ｉＢ ｅ Ｉ １Ｆ ６ ０单 片机 ；Ｍ ｃｏ ｈｐ公 司 ｉｒｃ ｉ
中 图 分 类 号 ：ＴＮ９ ６；Ｔ ２ ２ ２ Ｐ １ 文献标 识码 ：Ａ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｎ ｔｏ — ｏ ｕ ｅ ｅ ａ ａ ｅ ｏ ｅｉ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓｇ ｆ ｕ ｃｉ ｎ ｍ ｄ ｌ ｓｓ ｐ ｒ ｔ ｄｎ ｄ ｎ ｗｉｅｅ ｓｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｆ
第 １ ０卷 第 ４期
２１ ０ ２年 ８ 月
信 息 与 电 子 工 程
Ｉ ＮＦＯＲＭＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ ＥＮＧＩ Ｃ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ＶＯ１ １ ＮＯ． ． ０， ４ Ａｕ ， ０１ ｇ． ２ ２
文 章 编 号 ：１ ７ － ８ ２ ２ １ ）４ ０ ４１０ ６ ２ ２ ９ （０ ２０ — ４ — ５
３大 庆 师 范学 院 计 算 机科 学 与 信 息 技 术学 院 ，黑 龙 江 大 庆 １ ３ ０ ． ６ ０ ０）
摘 要 ：不 同 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ联盟 成 员开发 应用 层框 架通常运 行于各 自指定 的微 处理器 芯片上 。 由于 各 联 盟 成 员 的 Ｚｇ ｅ 技 术 细 节 不 同 ， 致 设 计 和使 用 及 日常 维 护 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ 导 ｉ ｅ网 络 时会 发 生 兼 容 性 问题 。 Ｂ
ｆａ ｗ ｒ ｈｃ ｕ ｓ ｏ ｈ ｐ ｃｆ ｄ Ｍｉｒ ｏ ｔｏ ｉ （ Ｕ ．Ｔ ｉ ｍａ ｉｅ ｒ ｅ ｔ ｏ ａｉｉ ｔ ｒｍｅ ｏ ｋ ｗ ｉｈ ｒ ｎ ｎ ｔｅ ｓ ｅ ｉ ｅ ｃｏ Ｃ ｎｒｌＵｎｔ ＭＣ ） ｈｓ ｉ ｓ ｙ ｇｖ ｉ ｏ ｃ ｍｐ ｔ ｌ ｙ ｓ ｂｉ