基于环境信息监测的无线传感器网络节点设计

摘要：针对海岸、海洋环境远程实时监测的需求，设计了由超低功耗MCU芯片MSP430F1611、无线收发器芯片CC2420及各种传感器接入电路构成的具有多种环境参数采集功能的无线传感器网络节点。该节点系统利用所搭载的各种传感嚣采集环境中的温度、湿度、光照强度等数据，通过相邻节点间的无线通信，以多跳传输的方式，将测量数据上传给上位监控机，可实现对海岸、海洋现场环境信息的远距离实时监测。
关键词：无线传感器网络；环境信息监测；节点；微控制器；协议栈

随着微电子技术，通信技术的迅速发展，将传感器技术、计算机技术与通信技术相结合的智能传感器以其比较高的精度、良好的可靠性、功能的多样性等优势在过程控制以及信号监测中越来越多地得到人们的关注，已成为当今国内外研究的一大热点。本文设计了一种用于对环境信息进行实时监测的无线传感器网络节点，能够对环境参数进行准确的测量并可靠传输，充分体现了传感器系统的数字化、智能化、无线化的优点。
该节点的设计以MSP430F1611超低功耗单片机为核心，配置新式的微型低功耗传感器，可实时地对所测的环境中的温度、湿度、光照强度等参数进行测量处理。采用5号电池供电，信息的无线传输可避免远距离布线的繁琐，具有较好的布设灵活性，适用于恶劣环境下一定区域的环境信息测量。

1 硬件节点设计
根据无线传感器网络节点管理机制，把节点分成传感器节点、簇头节点和汇聚节点3种类型。无线传感网络的簇头节点和汇聚节点主要完成数据接收和发送功能，因此节点主要由微处理模块和无线通信模块组成。而传感器节点主要是通过传感器采集周围环境的数据(温度、湿度、光感度等)，然后进行A／D转换，经处理器处理后由射频模块发送到相邻节点，同时该节点也要执行数据转发功能，即把相邻节点发送的数据发送到汇聚节点或离汇聚节点更近的节点。整个硬件系统主要划分为数据采集、数据处理、无线传输和供电4个模块，硬件节点结构图如图1所示。其中数据采集模块负责由传感器对周围环境参数信息进行采集；数据处理模块实现数据的分析、处理和存储功能；无线传输模块负责低功耗短距离节点间的通信；供电模块选取体积小、容量高的电池，以确保节点的微型化和长寿命。

1．1 数据采集模块
数据采集模块是应用传感器件采集环境的温度、湿度、光照强度等参数，然后将采集到的数据通过A／D转换送给单片机进行处理。
1．1．1 温湿度传感器
温度、湿度的测量采用Sensirion公司生产的，具有I2C总线接口的温湿度集成于一体的数字式传感器SHTll。SHTll为具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿度、温度等参数，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换等特点。

微处理器与SHTll的连接如图2所示，只需用2条I／O口线分别作为数据线DATA和时钟线SCK，并在DATA端接入1只上拉电阻，同时在VDD及GND端接入1只去耦电容，通过相应的软件设计，即可完成数据采集与传输。