ZigBee无线传感网络节点设计

通过测试获取节点工作参数如表2所示，工作电压为3.3 V。可知，节点工作时流耗大，在休眠状态则小得多。因此，为保证在供电电量有限的情况下获得更长的工作寿命，有必要将节点设置为间歇式工作模式，即工作休眠周期性交替进行。下式为节点寿命预测公式：

式中：Td为节点可工作天数;Qb为可用电池容量;tw为每周期内工作时长;ts为每周期内休眠时长;Iw为工作电流;Is为休眠电流。根据预潮公式及假定电池可用容量为1 000 mAh，可以预测在不同休眠时长下的工作天数如表3所示。对特定的传感节点，其单周期内数据采集、处理、发送所占用的工作时长是一定的，可变的就是休眠时长，通过控制传感节点不同的休眠时长来获取其相应的工作寿命特性。由表3可知，随着休眠时长的增加，节点工作寿命随之延长，当休眠时长为60s，即1 min进行1次数据采集发送时，传感器节点能够连续使用约1年时间。

在实际测试过程中，采用孚安特锂电ER14250H和普通7号南孚碱性电池进行比对实验，前者电池容量为1 200 mAh，后者无容量标识，但根据其官方网站测试说明，估计亦在1 200 mAh左右。考虑长时间测试中电池自放电效应，其实际可用容量必定要小些，仍采用1 000 mAh假定值的预测结果进行比较。实验得到节点实际可工作天数如表3所示，测试结果与预测趋势大体上是一致的，传感节点可工作天数与其在一个工作周期内的休眠时长相关。所以，为延长传感节点寿命，有必要根据实际情况确定节点的工作休眠时间，在保证网络稳定性、数据可靠性的前提下尽量安排更多的休眠时间。另外，在组网测试中，传感节点单跳距离约60 m，自组织特性良好，传感节点可以选择较优路由入网，服务器对终端传感节点的数据获取、监测、控制功能均正常。该设计实现的温湿度传感节点如图3所示，电路由CC2430射频板和传感器底板组成，两者通过12 pin×2接口连接，方便安装使用。

4 结语

本文介绍了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计与实现，并进行了测试。实验结果表明，传感节点具备低功耗特性，能够通过无线实施灵活的测量和控制，满足无线传感器网络要求。同时，节点设计方法有一定参照价值，便于移植和改进，可用于其他参量的测量与控制。诚然，降低功耗可以延长无线传感器网络节点的使用寿命，如果能够利用诸如光照、风力、震动等外界能量，从而使传感节点有效地自我补给，这对于野外部署的无线传感器网络将有着积极意义。