基于单片机的无线传感器网络节点制作及组网设计方案

　　早在上世纪70年代，就出现了采用点对点传输、连接传感控制器而构成的传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感器控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。到了20世纪90年代后期，随着传感器技术的发展，智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网，这就是第三代传感器网络。现在，传感器网络以无线传感器网络为标志，它正处于研究和发展的阶段，我们称之为第四代传感器网络。无线传感器网络是新一代的传感器网络，可以应用在军事：环保，医疗以及空间探索等许多领域，可以说它具有非常广泛的应用前景。

　　2． 无线传感器网络硬件设计

　　2.1 无线传感器网络模型　　　　　　　

　　无线传感器网络节点以自组织形式构成多跳级中继的分级结构网络，这不同于基于传统无线网络的无基础设施网,通过在监测区域内设置多个传感器节点（简称节点）,由各节点自行协调并迅速组建通信网络,按照一定原则进行工作任务划分以获取监测区域物理信息。我们所说的网络的自组织特性是指当节点失效或新节点加入时网络能够自适应重新组建,个别节点即使出现问题也不会影响全局，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。

　　2.2 无线传感器网络节点的构成

　　典型的无线传感器网络节点由电源，数据获取单元DAU，数据处理单元DPU，数据发送和接受单元DRSU组成。数据获取单元由传感器进行监测区域内待测对象的信息采集; 数据处理单元实现数据的分析、处理和存储等功能; 数据发送和接受单元负责低功耗短距离节点间通信; 电源单元选取小型化、高容量的电池,以确保节点的长寿命和微型化。具体节点设计如下图所示

　　2.2.1 数据发送和接收单元

　　数据发送和接收单元采用国内生产的STR系列微功率无线射频通信模,其主要特点是: (1)最大发射功率10mW。(2)高抗干扰能力和低误码率。(3)传输距离远。在视距情况下，天线高度>2米,可靠传输距离可达300-400m(BER=1200bps)。(4)双串口，3种接口方式。STR系列提供2个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS-232/RS-485口。

　　2.2.2 数据处理单元

　　数据处理单元采用集成度高、功能丰富、超低功耗的8位单片机－AT89S系列单片机。丰富的片内外设、节能、多种工作模式和对C语言程序设计的支持,使得Atmel89S系列单片机非常适合于应用在嵌入式系统中。Atmel89S系列单片内部集成看门狗、两个16位定时器/计数器、一个串行通信接口，32条输入输出线，带有4KB Flash和128B内存。其作用是实现对数据处理，包括以下功能：

　　（1） 控制无线传输模块，为其提供两条单向传输线（串行口）进行数据传输；

　　（2） 实现了对传感器的数据采集，把传感器传入的数据作为输入进行处理后输出相应的控制信号；

　　（3） 对传输数据的处理，如检错校验，使得传输的效率和可靠性大大提高；

　　（4） 与上位机进行通信，执行相应的命令并且具有对数据和命令转发的功能；

　　（5） 自动监测的功能，在没有相应命令执行期间，能自动执行监测并向上位机发送信号，告知上位机检测区域的状况。

　　2.2.3 数据获取单元

　　数据获取单元采用国内厂家生产的MQ系列的CO浓度传感器－采用高低温循环检测方式低温检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度的增加而增大，高温清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。此传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。它不但对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性，而且具有使用寿命长和高稳定性的优点。

　　2.2.4 电源

　　电源部分我们采用5V供电，控制器部分我们集成电压转换电路，直接可以接入220V居民用电网络当中，这样增强了此网络传感器系统的便捷性。

　　2.3 数据汇集点

　　我们所设计的传感器网络要想把内部信息与外部网络进行交换,必须通过数据汇集点,它接收下位机传输的数据并进行校验以验证数据的正确性,再增加特定的数据帧,以使外部网络能够识别我们所传送的数据,然后把数据发送给我们要进行数据交换的网络,同时它也接收可识别的外部网络所传入的信息,并对信息进行解析,把它变成本网络可识别的命令和数据。我们所设计的数据汇集点可由上位PC机与无线通信适配单元组成,也可以单独增加汇集点,在网络传输数据不是很复杂的情况下我们选择前者。

3．无线传感器网