基于无线传感器网络的空气质量监测站的设计

3 网关节点的设计  

网关节点的主要作用是：接收来自其他节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后发给监测中心；对于监控中心所发的指令进行相应处理。接收数据部分，还是用CC2420无线收发芯片，可以统一传输协议，保证传输的可靠性；由于还要进行数据处理，网关节点就不附加传感器，以提高处理器对数据的处理能力，同样采用ATMEGA128芯片；监控中心一般远离监测点，如果采用专线方式在实际应用中成本较高，采用现有的GPRS网络可以实现数据远程传输，由于其按流量计费运行成本比较低。采用西门子公司的MC55 GPRS模块来实现数据的远程传输。MC55GPRS模块内嵌的TCP/IP协议，大大降低了设计的难度，同时也提高了微处理器处理其他数据的能力。MC55与单片机的连接非常简单，标准的串口可直接与单片机的串口连接，如果不连接到PC机还不需要扩展接口；MC55支持标准的AT命令，其通信可以调用相应的AT命令实现。  

网关节点的主要作用是：接收各传感器节点的数据，并对数据进行相应处理后发送到监控中心；接收监控中心指令，确定节点的工作状态。其基本工作流程如图6所示。  


  
4 节点的协议  

为了网络的组建以实现数据的有效传输，并保证节点电能的最大效率，传感器节点采用Zigbee协议。IEEE 802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率、工作在2.4 GHz和868/928 MHz的短距离无线技术，是Zigbee应用层和网络层协议的基础。基于这个标准，在许多微小传感器节点之间相互协调实现通信，这些传感器节点只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器节点传到另一个节点，而达到较高的通信效率。网关节点一部分与传感器节点通信则采用相同协议，而另一部分要与监测中心通信，采用TCP/IP协议，与监测中心通信利用现有的GPRS网络，不需要单独组网，能够很容易地连接到Intemet，而MC55模块内嵌TCP/IP协议，降低了设计的难度。  

5 结束语  

本系统采用CC2420无线模块、ATMEGA128微处理器、空气质量传感器、MC55GPRS模块建构无线传感网络，实现空气质量的监测，监测范围广，数据的传输和管理方便，开发成本和运行成本低，特别适合于工厂、小城镇、小区的空气质量监测，移植与功能扩展方便，更换与增加不同的传感器可以构建其他监测网络。