无线传感器网络在温室环境监测中的应用

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1、无线传感器网络在温室环境监控系统中的应用2010-07-2019:32:39來源:电子技术应用关键字：CC2431ZigBee无线传感器网络温室环境监控温室环境监控系统-榕体结构框图如图1所示，网络中采用传感器测量节点和具有简单执行控制功能的控制节点构成无线传感器网络。测量节点用来测量空气温度、湿度、光照强度等巫要环境数据，控制节点（能对调温、调湿等设备进行相关控制）用来接收计算机传来的远程控制信息，以便对温室环境参数进行适当调控。测量节点采集的数据沿着其他测量节点通过多跳的方式进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个测战节点处理，信息经由多跳路由后到达汇聚节点，汇聚节

2、点将接收到的数据直接上传到计算机，所冇数据都由计算机进行复杂的数字信号处理，并通过数据库対传感器网络进行配置和管理，发布监测任务和收集监测数据等信息，最后这些数据还可以通过Internet与远程控制中心进行交互，从而实现温室环境的远程监控。控制中心控制节点测量节点图】无线传感器网络温室环境曲控系统框图2CC2431简介CC2431是TI公司的产品，它是一个真正的基于无线传感器网络ZigBee/IEEE802.15.4解决方案的片上系统，其内部集成了CC2420射频收发器，工业标准增强型8051MCU内核，128KB可编程闪存，8KB的RAM,精确的定位引擎等丰富的片内资

3、源，支持硬件调试，支持基于IAR7.20以上C51开发环境下的在线调试，提供强大、灵活的开发工具。CC2431体积小、功耗低、集成度高，非常适合于无线传感器网络节点的设计。它可工作在4种工作模式下，II工作模式Z间的转换时间较短，因而能够满足超低功耗系统设计的要求。3传感器网络节点的硬件传感器网络节点由传感器测量节点、控制节点和汇聚节点组成。测量节点负责采集周围环境信息，采集的环境信息经多跳路由后到达汇聚节点，最终通过Inwrnct到达控制中心。控制节点用来接收计算机传来的远程控制信息，对温室环境参数进行调控。3.1测量节点硬件传感器测量节点由传感器模块、微处理器模块、

4、无线通信模块和电源模块组成。其硬件结构框图如图2所示。LED_〒

5、/传感器冃CC2431

6、电源图2测It节点嫂件结构框图(1)传感器模块。由不同类型的传感芯片组成，具有对温度、湿度和光照强度的感知能力。其中温、湿度传感器采用I2C总线数字式温、湿度传感器SHT11,其体积小、能耗低、两线数字接口、温度量程为・40°C〜85°C、相对湿度量程为0%〜100%RHo光照强度传感器选用TSL2550D,其功耗可以满足无线传感器低功耗系统设计的要求，其总线也易于与CC2431接口。(2)微处理器模块。采用集成在CC2431内部的8051CPU。集成的CPU有4种不同的内存空间

7、：代码区、数据区、扩展数据区和特殊功能寄存器区，不同的内存空间有利于代码和数据的分离，提高CPU对内存的访问速度。(3)无线通信模块①传感器网络节点在通信时消耗了大量的能量，选择一款低功耗的无线通信芯片将有效地降低通信模块的能量消耗。CC2431是一款符合ZigBee标准的低功耗通信芯片，具有快速唤醒和搜索外部设备功能，可以使节点更多地处于休眠状态而节约功耗，而且其信道频率和功耗等参数可以灵活设置oCC2431通信模块的天线考虑到无线传感器网络通信质量的要求,采用单极性天线，单极性天线在差分输出与天线之间要求使用“平衡-不平衡变压器雹②无线传感器网络节点电源为电池供电系

8、统，选用的电池为手机专用锂电池。为了使系统在电池供电时，工作时间持续长，在设计电源模块时耍考虑到节点的节能问题。CC2431提供4种电源管理模式：PMO、PM1、PM2和PM3,合理地使用这4种模式可有效地降低节点的能耗。③LED灯用于显示传感器节点的运行状态。(1)电源模块。为其他模块提供能源。3.2控制节点控制节点由驱动器模块、微处理器模块、无线通信模块和电源模块组成。驱动器模块能对调温、调湿等设备进行相关控制，其硬件结构框图如图3所示。3.3汇聚节点的硬件研究汇聚节点由微处理器模块、无线通信模块、存储器模块、以太网接口模块、串行接口模块和电源模块组成，其硬件结构框

9、图如图4所示。图4汇聚节点硬件结构祁图(1)存储器模块由1片Atmel公司出品的AT45DB041组成，直接接入CC2431SPI输入端。该芯片集成2046页x264BFlash存储单元，用于存储传感器重要历史数据。(2)为提供以太网的接入通道，在该设计小，使用DM9161作为以太网的物理层接口。DM9161是一款低功耗、高性能的CMOS芯片，支持10MB/s和100MB/s的以太网传输，它起编码、译码、输入和输出数据的作用，这样就可以将汇聚节点轻松连接到因特网以便于实现远程控制。(3)串行接口模块由1片低功耗MAX3232和COM母口组