自组织无线传感器网络设计方案
矿用无线传感器网络自组织协议设计
节 点 结构 、无 线传感 器 网络 的拓 扑 结构和 网络 协议 ， 实现 了一 种低 功耗 无 线传 感 器 网络 。 关键 词 ：安 全监 测 ；无 线传 感 器 网络 ； 自组 织协议 中图分 类号 ：Ｔ ９ ５ Ｎ １
０ 引 言
传感 器网络是 当今热 门的 Ｉ 技术 ，综 合 了传感器 技 Ｔ新
维普资讯
２０ ０ ８年 第 ５期
煤
炭
工
程
矿 用 无 线 传 感 器 网络 自组 织 协 议 设 计
王 学 毅
（ 国矿业大学 （ 京 ） 中 北 ，北 京 １￣ ８ ） ０ ３
摘
要 ：文章提 出 了一 种矿 用无 线传 感 器 网络 的 自组 织协 议 ，给 出 了适 用于矿 井环 境监 测 的
够重新部署 ，对环 境变 化 、传 感器 网络 自身 变化 以及 网络 控 制指令做 出及 时反 应 。即使矿井 结 构遭 到破 坏 ，仍能 自
点 或其 他数据 节点 自组 网络 ，数据 以多跳方 式传输 ，用 户
通 过管理节点对传 感器 网络 进行 配置 和管理 ，发布监 测任
务 以及 收集 监测信息 ，各个节点协作完成监测任务 。
２ ）传感器 网络节点数量大 ，分布密度 高 ，采集 数据全 面 ，精度高 。
３ ）无线传感器 节点本身具有一定 的计算 能力 和存储能 力 ，可 以根据物理环境 的变化进行较为复杂 的监控 。 ４ ）传感器节点 问可以无线通信 ，在节 点问进行 协 同监
控。
其他设备的无缝对 接 ，便 于应 用 ．软件部 分 主要 是对 路 由
２ 无 线传感 器 网络 结构 ２ １ 无 线传 感 器 网络 节 点 结构 ．
无线传感器网络中的自组网算法研究
无线传感器网络中的自组网算法研究无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由大量分布在监测区域内的无线传感器节点组成的自组织网络。
通过感知、收集和处理周围环境信息，无线传感器网络在许多领域中起着至关重要的作用，例如环境监测、农业、健康监测等。
而如何实现无线传感器网络中的自组网是一个具有挑战性的问题。
自组网算法是无线传感器网络中的关键技术之一。
它负责节点之间的协作和组织，以构建一个有效、可靠的网络拓扑结构。
自组网算法的设计目标是用尽可能少的能量消耗，并且保持网络中的稳定性和可伸缩性。
本文将介绍几种常见的自组网算法。
首先，树型自组网算法是一种常见的无线传感器网络自组网算法。
它通过构建一棵或多棵树状拓扑来进行节点之间的通信。
这种算法具有低能耗、简单有效的特点，适用于对数据传输时延要求不高的场景。
在树型自组网算法中，一个节点作为根节点，其余节点通过多跳的方式与根节点相连，从而形成一棵拓扑树。
这种拓扑结构有利于数据的聚集和转发，保证了网络的高效运行。
其次，基于集簇的自组网算法是一种常用的自组网算法。
它将所有的节点划分为若干个簇，并在每个簇中选择一个簇首节点。
簇首节点负责收集本簇内其他节点的数据，并将数据传输给基站。
这种算法可以减少能量消耗，延长网络的生命周期。
在基于集簇的自组网算法中，簇首节点的选取是一个重要的问题。
通常可以根据节点的能量水平、位置等信息进行选择，以确保网络中各个簇之间的负载均衡和能量均衡。
此外，链型自组网算法是一种适用于线性传感器网络的自组网算法。
在链型自组网中，传感器节点按照线性拓扑连接，并通过沿链路的转发方式进行数据传输。
链型自组网算法的一个关键问题是如何选择跳数最少的传输路径，以降低能量消耗和传输时延。
研究人员提出了许多针对链型自组网的路径选择算法，例如最短跳数路径算法、最小能量路径算法等。
此外，蚁群算法也被广泛应用于无线传感器网络中的自组网算法。
局域网组建方法无线传感器网络的设计与应用
局域网组建方法无线传感器网络的设计与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由多个分布式无线传感器节点组成的自组织网络，可以实时感知、收集并传输环境中的各种信息。
局域网（Local Area Network，LAN）是一种将多个计算机、服务器、打印机等设备连接起来的网络，用来实现资源共享和数据传输。
本文将探讨无线传感器网络在局域网中的组建方法、设计及应用。
一、无线传感器网络在局域网中的组建方法1. 硬件准备无线传感器网络的组建首先需要准备相应的硬件设备。
包括无线传感器节点、主控节点、通信设备（如路由器或交换机）等。
2. 网络拓扑结构选择在组建无线传感器网络时，需要选择合适的网络拓扑结构。
常见的拓扑结构包括星型、树型、网状等。
选择合适的拓扑结构可以提高网络的可靠性和性能。
3. 路由选择无线传感器网络的节点之间需要进行有效的路由选择，以实现数据的传输和通信。
常见的路由选择算法有分层路由算法、链路状态路由算法等。
4. 网络安全设置在组建无线传感器网络时，应注意网络安全问题。
设置合适的加密机制、权限管理和防火墙等措施，保护网络的安全。
二、无线传感器网络的设计与应用1. 环境监测无线传感器网络可以广泛应用于环境监测领域。
通过布置传感器节点，可以实时监测温度、湿度、气体浓度等环境参数，并将数据传输至中心节点进行分析和处理。
2. 物联网应用无线传感器网络是物联网的重要组成部分。
通过将传感器节点部署在各种智能设备上，可以实现设备之间的互联互通，实现自动化控制和管理。
3. 农业监测在农业领域，无线传感器网络可以用于农作物的灌溉、施肥和病虫害监测等。
通过实时监测土壤湿度、气温等参数，可以优化农作物的生长环境，提高农业生产效率。
4. 城市智能化无线传感器网络在城市智能化中扮演着重要角色。
通过布置传感器节点，可以收集城市的各种数据，如交通流量、垃圾桶填充程度等，为城市管理和规划提供便利。
无线传感器网络的自组织机制
无线传感器网络的自组织机制在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经成为了一个备受关注的领域。
它在环境监测、工业控制、智能家居等众多领域都有着广泛的应用。
而无线传感器网络的自组织机制，正是其能够高效运行和发挥作用的关键所在。
要理解无线传感器网络的自组织机制，首先得清楚什么是无线传感器网络。
简单来说，它是由大量部署在监测区域内的微型传感器节点组成的网络。
这些节点通过无线通信方式相互连接，能够感知、采集和处理环境中的各种信息，并将其传输给用户。
那么，自组织机制又是什么呢？想象一下，把一堆传感器节点随意撒在一个区域里，它们没有事先的规划和安排，但却能够自动地组成一个有效的网络，并且能够适应环境的变化和节点的故障，这就是自组织机制的神奇之处。
无线传感器网络的自组织机制主要体现在以下几个方面。
首先是网络的自动发现和连接。
当传感器节点被部署到监测区域后，它们会自动地寻找周围的其他节点，并建立通信连接。
这就好像一群陌生人在一个陌生的地方，能够迅速地找到彼此并建立联系。
节点之间通过发送和接收特定的信号来发现对方，并根据信号的强度和质量来确定连接的方式和参数。
这种自动发现和连接的能力，使得无线传感器网络能够快速地部署和运行，无需人工干预。
其次是路由的自组织。
在无线传感器网络中，数据需要从源节点经过多个中间节点传输到汇聚节点（Sink Node）。
如何选择最优的传输路径，就是路由的问题。
自组织机制使得网络能够根据节点的能量、距离、链路质量等因素，动态地选择最优的路由路径。
当网络中的某些节点出现故障或者能量耗尽时，网络能够自动地调整路由，保证数据的可靠传输。
这就好比在一条道路上，如果某个路段出现了堵塞或者损坏，车辆能够自动地寻找其他畅通的道路继续前行。
再者是节点的自我管理和协同工作。
每个传感器节点都具有一定的计算和存储能力，它们能够根据自身的状态和周围环境的变化，自主地调整工作模式和参数。
无线传感器网络的设计方案
无线传感器网络的设计方案无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由多个分布式、自组织的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的物理或化学参数。
在各种应用领域，例如环境监测、智能交通、无人机控制等，无线传感器网络都发挥着重要的作用。
为了确保无线传感器网络的高效运行和可靠性，设计一个合理的网络架构和通信方案至关重要。
本文将介绍一个设计方案，以实现一个具有高性能和可靠性的无线传感器网络。
一、网络拓扑结构设计为了达到高效的通信和资源利用，无线传感器网络通常采用多层、分布式的拓扑结构。
其中，典型的拓扑结构包括星型、网状和集簇等。
在设计网络拓扑结构时，需要考虑以下几个因素：1. 覆盖范围：根据应用需求和监测区域大小，选择合适的网络拓扑结构。
对于大范围的监测区域，可以采用星型或网状结构；而对于局部区域监测，可以采用集簇结构。
2. 能量消耗：无线传感器节点通常由电池供电，因此在设计网络拓扑结构时，需要考虑节点能量消耗的均衡。
合理选择节点的位置，减少能量消耗不均衡现象，延长整个网络的寿命。
3. 通信效率：网络拓扑结构的设计应该确保节点之间的距离尽量接近，以提高通信效率。
同时，避免冗余的节点连接，减少通信负载。
二、节点通信协议设计在无线传感器网络中，节点之间的通信是通过协议来实现的。
设计一个高效的通信协议可以提高网络的可靠性和传输效率。
以下是设计节点通信协议时需要考虑的几个因素：1. 数据传输方式：根据应用需求和传输特性，选择合适的数据传输方式。
例如，可以采用直接传输方式、多跳传输方式或基于路由的传输方式。
2. 路由选择算法：根据网络拓扑结构和节点分布情况，设计合适的路由选择算法。
例如，可以采用最短路径算法、最小代价算法或基于能量消耗的路由算法。
3. 数据压缩和聚合：为了减少能量消耗和网络带宽占用，可以设计数据压缩和聚合技术。
将相似的数据进行压缩和聚合，减少无用数据的传输。
无线传感器网络的自组网技术研究
无线传感器网络的自组网技术研究随着科技的发展，无线传感器网络已经开始成为现实生活中广泛应用的技术之一。
其中自组网技术则是无线传感器网络中的一个非常重要的部分。
自组网技术可以让无线传感器网络具有更高的灵活性和可靠性，从而能够更好地满足现实生活中的各种应用需求。
在本文中，我们将对无线传感器网络的自组网技术进行深入研究。
一、无线传感器网络的概念和应用无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的网络，这些节点通过无线信号进行通信。
这些传感器节点可以感知和采集物理环境中的各种信息，例如温度、湿度、压力等，然后将这些信息传递到网络中枢节点进行处理和分析。
无线传感器网络可以应用于许多领域，例如农业、医疗、环境监测、智能交通等。
无线传感器网络具有成本低、易于部署、实时性好等优点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
二、传感器节点的组成传感器节点是无线传感器网络的最基本组成单位，由以下几部分组成：1.传感器：负责感知和采集物理环境中的信息；2.处理器：对采集的信息进行处理和分析；3.通信模块：负责与网络中的其他节点进行通信；4.电源模块：为传感器节点提供电力。
三、无线传感器网络的特点无线传感器网络与传统的计算机网络不同，具有以下特点：1.节点资源受限：传感器节点由于资源有限，因此在设计网络时需要考虑如何节约资源；2.自组织能力：传感器节点需要具备自组织能力，根据网络中的拓扑结构进行自我组织和优化；3.低功耗：传感器节点需要具备低功耗的特点，以保证长期运行时间；4.应用特定：无线传感器网络需要根据特定的应用场景进行设计与构建，以满足应用的需求。
四、自组网技术的概念和意义无线传感器网络中的自组网技术是指根据网络拓扑结构进行自我组织和优化的一种技术。
自组网技术可以让无线传感器网络具有更高的灵活性和可靠性，从而能够更好地满足现实生活中的各种应用需求。
自组网技术具有以下几个方面的意义：1.降低网络管理成本：无线传感器网络采用自组网技术后，节点可以自行调整网络拓扑结构，从而使网络管理成本大大降低；2.提高网络的稳定性和可靠性：自组网技术可以使无线传感器网络更加稳定和可靠，从而避免单点故障和数据丢失的情况出现；3.提高网络的灵活性和适应性：无线传感器网络的自组网技术可以根据不同的应用场景和需求进行自我组织和优化，从而使网络更具灵活性和适应性。
无线传感器网络的设计与实现
无线传感器网络的设计与实现在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经成为了一个备受关注的研究领域，并在众多应用场景中发挥着重要作用。
无线传感器网络是由大量的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式形成一个自组织的网络，能够实现对监测区域内的物理信息，如温度、湿度、压力、光照等的感知、采集和传输。
无线传感器网络的设计是一个复杂而具有挑战性的任务，需要综合考虑多个方面的因素，包括传感器节点的硬件设计、网络拓扑结构的选择、通信协议的制定、能量管理策略的设计以及数据处理和传输的算法等。
在传感器节点的硬件设计方面，需要考虑到传感器的类型和性能、微处理器的计算能力、无线通信模块的传输距离和功耗、电源管理模块的效率以及存储模块的容量等。
例如，对于监测环境温度的应用，可能需要选择精度较高、响应速度较快的温度传感器；而对于需要长时间运行且能量供应有限的场景，就需要选择低功耗的微处理器和高效的电源管理芯片。
网络拓扑结构的选择对于无线传感器网络的性能和可靠性有着重要影响。
常见的拓扑结构包括星型、树形、网状等。
星型拓扑结构简单，易于管理，但中心节点的负担较重，一旦中心节点出现故障，整个网络可能会瘫痪；树形拓扑结构可以有效地扩展网络覆盖范围，但对节点的路由能力要求较高；网状拓扑结构则具有较高的可靠性和容错性，但网络管理和控制较为复杂。
在实际应用中，往往需要根据具体的监测需求和环境条件来选择合适的拓扑结构。
通信协议的制定是无线传感器网络设计中的关键环节之一。
由于传感器节点的能量有限，通信协议需要在保证数据可靠传输的前提下，尽可能地降低功耗。
例如，采用低功耗的无线通信技术，如 ZigBee、Bluetooth Low Energy 等；优化数据包的格式和大小，减少不必要的开销；采用睡眠机制，让节点在不需要通信时进入低功耗状态等。
能量管理策略对于延长无线传感器网络的生命周期至关重要。
无线传感器网络中的自治组网与自组织算法
无线传感器网络中的自治组网与自组织算法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，这些节点可以感知环境中的各种信息，并将其传输给中心节点。
WSN的广泛应用包括环境监测、智能交通、农业等领域。
而在WSN中，自治组网与自组织算法是实现高效通信与资源管理的重要手段。
一、无线传感器网络中的自治组网自治组网是指在没有任何人工干预的情况下，传感器节点能够自动地建立和维护网络拓扑结构。
在WSN中，自治组网能够提供高效的数据传输和共享，减少能量消耗，并增加网络的可靠性。
在实现自治组网的过程中，一种常用的方法是基于分簇的拓扑结构。
该方法将传感器节点分为多个簇，每个簇有一个簇头节点负责数据的收集和传输。
通过簇头节点的选举和簇的构建，可以实现数据的聚集和传输，减少网络中的冗余信息，提高网络的传输效率。
此外，还可以利用分布式算法实现自治组网。
分布式算法是指将任务分配给不同的传感器节点，节点之间通过相互协作来完成任务。
在WSN中，分布式算法能够提高网络的可扩展性和容错性，使网络能够适应动态环境的变化。
二、无线传感器网络中的自组织算法自组织算法是指在网络中的传感器节点通过相互协作，自动地形成一种适应环境变化的结构和功能。
自组织算法能够提高网络的自适应性和鲁棒性，使网络能够自动调整和优化。
在WSN中，自组织算法的一个重要应用是路由算法。
路由算法是指在网络中选择合适的路径，将数据从源节点传输到目的节点。
在WSN中，传感器节点的能量是有限的，因此需要选择合适的路由路径，减少能量消耗。
自组织算法能够根据网络的拓扑结构和节点的能量状况，选择最优的路由路径，提高网络的能量利用率和传输效率。
此外，自组织算法还可以应用于网络中的拓扑控制和资源管理。
通过自组织算法，传感器节点能够自动地调整网络的拓扑结构，优化网络的覆盖范围和通信质量。
同时，自组织算法还能够实现资源的动态分配和管理，提高网络的资源利用效率。
无线传感器网络电路设计
塑料材料
成本低、重量轻、绝缘性能良好， 适用于一般环境中的低成本封装。
金属材料
具有良好的导热性和电磁屏蔽性能 ，适用于需要散热和抗电磁干扰的 场合。
封装工艺流程
芯片贴装
将传感器芯片粘贴到封装基板上。
灌封密封
用灌封材料将芯片和引脚密封在封装体内， 保护电路不受外界环境影响。
引脚焊接
将芯片的引脚焊接到封装基板的导线上。
表面处理
对封装表面进行处理，以提高其耐磨、耐腐 蚀等性能。
封装测试与验证
功能测试
检查封装后的传感器节点是否能够正常工作，满 足设计要求。
环境测试
在各种环境条件下测试封装后的传感器节点性能 ，以确保其在不同环境下的稳定性和可靠性。
寿命测试
对封装后的传感器节点进行寿命测试，评估其在 长时间使用下的性能表现和可靠性。
电路设计工具
电路仿真软件
如Multisim、SPICE等，用于模拟电路性能。
电磁仿真软件
如Ansoft HFSS、CST等，用于预测电磁干扰和性 能。
原理图和PCB设计软件
如Altium Designer、Eagle等。
可靠性分析工具
如Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) 、Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis (FMECA)等，用于评估电路的可靠性和 寿命。
06
无线传感器网络电路设计案 例分析
案例一：低功耗无线传感器节点电路设计
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总结词：低功耗无线传感器节点电路设计主要关注节点的 能耗问题，通过优化电路设计和采用低功耗器件来实现长 期稳定运行。
无线传感器网络在农场应用的设计研究
无线传感器网络在农场应用的设计研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在目标区域内的自组织传感节点组成的网络系统。
在农业领域中，WSN的应用可以提高农场的管理效率和农业生产的质量。
本文将探讨WSN在农场应用中的设计研究。
一、无线传感器网络在农场的应用场景1. 灌溉管理：传感器节点可以收集土壤湿度、温度和光照等信息，并通过数据分析和处理，实现对灌溉系统的智能化管理。
根据土壤的水分状况，自动调整灌溉量，提高水资源利用效率，并减少浪费。
2. 病虫害监测：通过部署传感器节点在农田中，可以实时监测作物的状况，及时发现异常情况。
传感器可以检测庄稼叶片上的病虫害，提供给农民及时处理的依据，减少损失并提高农作物的产量。
3. 温室控制：温室中的温度、湿度和二氧化碳浓度等环境因素对植物的生长影响很大。
传感器节点可以精确监测这些环境因素，并通过控制设备自动调节温室内的条件，为植物提供最佳的生长环境。
4. 牧场管理：传感器节点可以监测牲畜的位置和运动状态，实时跟踪牲畜的活动范围和行为模式。
借助WSN，农民可以更好地管理牲畜，预防牲畜走失和损伤，提高畜牧业的效益。
二、无线传感器网络在农场应用中的设计需求1. 能耗优化：由于传感器节点需要长时间工作并采集大量数据，能耗优化是设计中的重要需求。
通过选择合适的节点和优化传输协议，减少能量消耗，延长传感器节点的生命周期。
2. 数据管理和处理：农场中的传感器节点将收集到的数据传输到中心服务器进行处理和分析。
设计应考虑有效的数据采集、传输和存储方式，以及数据的实时性和准确性。
3. 网络覆盖范围与通信质量：农场通常较大，需要足够的传感器节点来实现完整的覆盖。
在设计中，需要考虑节点的分布布局，以及传感器网络的通信质量，确保信号的稳定性和可靠性。
4. 安全性和隐私保护：农场中传感器节点所采集的数据包含农民的工作和生活信息，需要进行合理的加密和隐私保护。
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自组织无线传感器网络设计方案自组织无线传感器网络设计方案引言传感测试技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络化、无线化的方向发展。
自组织无线传感器网络（SelfOrganizingWirelessSensorNetworks）作为新兴技术，是目前国外研究的热点，其在军事、环境、健康、家庭、商业、空间探索和灾难拯救等领域展现出广阔的应用前景。
早在2003年美国自然科学基金委员会已经斥巨资来支持这方面的研究，并且出现了一些致力于无线传感器网络的公司，其中Crossbow公司已推出了Mica系列传感器网络产品。
国内很多大学现已经开展相关领域的研究，但大部分工作仍处在自组织无线网络协议性能仿真和硬件节点小规模实验设计阶段。
本文就国防科技大学传感器教研室开展可应用于环境监测方面无线传感器网络设计与实现进行介绍。
1无线传感器网络硬件设计无线传感器网络模型（）是不同于传统无线网络的无基础设施网，通过在监测区域内随意布撒大量传感器节点（简称节点），由各节点自行协调并迅速组建通信网络，在能量利用率优先考虑原则下进行工作任务划分以获取监视区域信息。
网络的自组织特性体现在当节点失效或新节点加入时网络能够自适应重新组建，以调整全局的探测精度，充分发挥资源优势，即网络中的各节点除具备数据采集功能外兼有数据转发实现多跳的路由功能。
图1无线传感器网络模型1.1节点组成典型的无线传感器网络节点由数据采集、处理、传输和电源4个主要部分组成。
传感探测单元由传感器进行监测区域内待测对象的信息采集；微控制单元实现数据的分析、处理和存储等功能；无线传输单元负责低功耗短距离节点间通信；供电单元选取小型化、高容量的电池，以确保节点的长寿命和微型化。
具体节点设计。
图2无线传感器网络节点结构图3无线传感器网络节点实物图片锁定（1）无线传输单元无线收发模块选用挪威Nordic公司推出的nRF401芯片。
nRF401是工作在ISM频段433.92MHz/434.33MHz的单片无线收/发一体芯片，是包括了高频发射/接收、PLL合成、FSK调制/解调和双频道切换等单元的高集成度无线数传产品。
其最高传输速率可达20Kb/s，接收灵敏度为-105dBm，最大发射功率为10dBm，较其他类别射频收发芯片外围电路设计简单。
设计中工作频率在434.33MHz，微控制单元仅须提供四根口线：收发状态切换TXEN、待机与工作状态切换PWRUP和数据通信接口线DIN/DOUT。
射频信号输出设计采用环形差分输出天线。
（2）微控制单元TI公司MSP430系列单片机是一种具有集成度高、功能丰富、功耗极低等技术特点的16位单片机。
超低功耗的混合信号控制器、丰富的片内外设、节能考虑的多种工作模式和对C语言程序设计的支持，使得MSP430系列单片机非常适合于应用在嵌入式系统中。
设计中选用带有Flash存储器可进行在线编程的MSP430x13x、MSP430x14x系列单片机；外围模块有看门狗、定时器A/B、同步/异步串行通信接口、10/12位A/D以及6个8位并行端口等多种组合形式。
其实现功能如下：操作无线收发芯片，为nRF401提供工作状态控制线和两条单向串行传输数据线；实现传感器的数据采集———加速度、温度、声音和感光强度探测；本地数据处理———剔除冗余数据，以减少网络传输的负载和对无线传输数据的封装与验证；应答远控中心查询，完成数据的转发与存储；区域内节点的路由维护功能；节点电源管理，合理地设置待机状态，以节省能量消耗，延长节点使用寿命。
（3）传感探测单元根据实际需要选择合适传感器对监测区域内温度、湿度、振动、声音和光线等物理信号进行测试。
实验设计选用了两种外围电路简单的数字式传感器、光敏器件和驻极体话筒，分别对振动、温度、光强和声音进行探测。
AD公司的ADXL202是双轴向加速度传感器。
其采用先进的MEMS技术，在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅编码微机械传感器，集成精密的信号处理电路，可测静态及动态加速度，输出为周期的占空比调制（DCM）循环数字信号。
测试范围为-2～+2g，测试带宽为0.01Hz～5kHz（外置单电容可调），60Hz带宽下分辨率为5mg。
该传感器可广泛应用于惯性导航、地震监测、车辆安全和电池供电设备的运动状态测试等领域。
Maxim公司的DS18B20是一线式数字温度传感器。
测量结果可选用9～12位串行数据输出，测量范围为-55～125℃，在-10～85℃测量准确度为±0.5℃。
光敏电阻5516是基于半导体光电效应工作的光导管，对光强感应灵敏度相当高。
当受到一定波长范围的光照时，其阻值（亮电阻）急剧减小，电流迅速增加，通过参考电阻分压后进行A/D采样即可获得光敏电阻的阻值，进而换算出光照强度。
驻极体话筒HX034P是电容式微麦克风。
输入信号为声音信号，输出信号经MAX4466构成的前置放大电路后进行电压值A/D采样，处理器的A/D采样频率可达200kHz，可捕获到声音信号。
结合使用上述几种传感器和敏感器件的无线传感器网络节点，能够实现温度、加速度（震动）的准确测量与探测；光敏电阻有其自身的光谱特性和温度特性，因此在实验中不作精确标定；另外对声音信号的捕获和复现需要进行大量的数据处理，从能量利用和传感器节点功能的精简角度考虑，实验中对声光强弱的探测通过设定阈值来给出布尔型（0或1）输出。
（4）供电单元实现节点设计的微型化，节点可采用输出电压3.6V可充电锂离子纽扣电池LIR2032供电。
该类电池自放电率小于10%/月，但额定容量较小，限制了节点的生存期。
若以两节普通5号AA电池供电，则可维持更长的工作时间。
在以网络形式工作状态下，通过合理的设置节点发射机的接收、发射以及待机状态，可有效地延长节点的使用寿命。
针对节点供电单元不便于更换的无线传感器网络，新的能源解决方法研究及网络系统的低功耗设计也是当前值得关注的课题。
1.2sink点（数据汇集点）设计传感探测网络内的信息与外部网络或处理中心的连接需要通过sink 点来实现。
sink点是无线传感器网络与有线设备连接的中转站，负责发送上层命令（如查询、分配ID地址等）、接收下层节点的请求和数据，具有数据融合、请求仲裁和路由选择等功能，是无线传感器网络中最重要的一部分。
设计中sink点由上位PC机与无线通信适配单元组成，。
图4无线传感器网络sink点模型无线收发模块仍采用nRF401芯片配以环形差分天线。
以3V电压供电，TTL与RS232电平转换单元选用MAX3316芯片。
该芯片在2.25～3.0V供电即可实现两通道双向电平转换，可直接操作nRF401芯片串行数据线DIN/DOUT、控制线TXEN。
但实验结果表明，该设计方式中上位PC机通过API函数调用或串口控件方式来操作口线会产生较高的误码率，须涉及更底层的寄存器操作才能高效地实现数据提取。
这无疑增加了设计的复杂性，故sink点在实际制作中选用具备2路UART通道的MSP430F149芯片作为无线与有线串行传输的连接与处理单元，实现数据初级的封装与分解，为上位机提供便携的接口方式。
2软件设计流程传感器节点的处理器MSP430系列单片机支持C语言程序设计，适用于MSP430系列的C语言与标准C语言兼容程度高，大大提高了软件设计开发的工作效率，增强了程序代码的可靠性、可读性和可移植性。
图5为传感器节点的工作流程图。
图5无线传感器网络节点工作流程图上位PC机作为控制中心必须具备网络唤醒、数据处理、路由维护功能，C++Builder、Delphi和微软的VisualBasic都是可选的快速开发工具。
上层软件功能由Delphi实现，图6为无线传感器网络探测系统框图。
图6无线传感器网络探测系统框图考虑到点对点通信的可靠性，数据在底层无线传输中需要增加必要的协议规范。
设计中对有效数据进行打包，格式为：前导码、地址、有效数据载荷、校验码。
针对nRF40x系列芯片，按厂家建议在支持UART方式下使用0x55FF（十六进制）作为“前导码”；“地址”作为不同应答点的标识；“有效数据载荷”则包含满足上层设计协议格式的数据包，该部分需根据应用要求尽量减小数据包长，以缩短该数据包在传输链路的生存期，数据包末尾增加“校验码”可以验证数据的有效性，CRC（循环冗余码）是一种简单易行的处理方法，数据封装与处理全部由微控制单元实现。
3组网技术研究对应nRF401使用的434.33MHz频点，在组网设计中通信方式采用TDMA（时分复用）方式：sink点分时段对网络中节点进行查询，若节点有突发事件探测，则随机选择空闲时隙将数据上传。
当信道处于阻塞状态则采用随机退避机制，等待信道处于空闲状态再进行数据传输，因此各节点在通信过程中必须避免长时间对信道的占用。
网络的可靠性和高效性关键是合理的通信协议设计，SPIN （SensorProtocolforInformationviaNegotiation）是以数据为中心的自适应路由协议，通过协商机制来避免数据传输过程中的“内爆”和“重叠”问题，传感器各节点只有在相应的请求时，才有目的地发送数据信息。
SPIN协议中有3种类型的消息：ADV广播数据发送、REQ请求数据接收和DATA数据封装。
自组织无线传感器网的网络拓扑可分为3种：①基于簇（Cluster）的分层结构。
簇头就是分布式处理中心，收集簇成员数据并完成数据处理和融合，最后将数据由其他簇头多跳转发或直接传回sink点。
②基于网（Mesh）的平面结构。
在这种结构下传感器网络连成一张网，临近节点直接通信；在个别链路和传感器节点发生失效时不会引起网络分立。
③基于链（Chain）的线结构。
在这种结构下传感器节点被串联在一条或多条链上，链尾与用户节点相连。
由于链型结构更易于在网络初始化中实现，因此设计中采用该种网络拓扑。
实现超低功耗即可延长节点和网络的寿命。
节点的能量消耗有3方面：传感器件数据采集、微控制单元的数据存储与处理和无线模块数据接收/发射。
其中能量消耗最大的是在射频信号发射过程中，因此必须合理地切换芯片收发，并设置节点休眠与唤醒状态，以最大限度降低能量消耗。
4结语基于MSP430的无线传感器网络设计在小规模实验中表现出良好稳定的效果，可在特殊环境下实现监测区域内信号的采集传输与处理。