無線傳感器網絡數據采集系統設計

摘 要：無線傳感器網絡是一種集成計算機技術、通信技術、傳感器技術的新型智能監控網絡。本文利用組建的無線傳感器網絡，實現數據的采集和傳輸。通過集成在節點上的傳感器模塊，傳感器節點采集溫度、濕度等數據，并通過ZigBee網絡傳輸把數據送到協調器節點，由協調器節點收集這些數據，通過串口將數據直接發送給上位機并顯示，實現數據采集技術。

【關鍵詞】無線傳感器網絡 數據采集 ZigBee技術 串口通信

監測區域內放置傳感器節點構成監控網絡，通過相應的傳感器采集環境參數，實現實時監測及控制。本文應用無線傳感器網絡及ZigBee技術，采集溫度、濕度等數據，將數據通過無線通信網絡傳輸給上位機，直觀觀察數據變化。

1 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡基本單位是傳感器節點。每個節點為一小型的嵌入式模塊，節點上搭載傳感器數量由需要而定。每個傳感器節點可以實行原始數據采集，數據處理和回傳，并在不同節點分工的基礎上，對其余節點發送的數據進行存儲、轉發等。

2 整體設計方案

本文基于無線傳感器網絡采集數據，應用ZigBee技術，實現對環境參數的實時監控。本系統由數據采集節點，協調節點及上位機組成。數據采集節點由溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器及CC2530核心模塊組成。協調器節點采用CC2530作主芯片與上位機串口相連，將終端節點采集到的數據傳輸給電腦，并在上位機上顯示數據值。

3 數據采集硬件設計

3.1 核心模塊設計

CC2530芯片用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE。CC2530芯片內部集成了收發電路以及增強8051MCU內核，只需外接部分輔助器件就可實現核心模塊的功能。

3.2 溫度傳感器DS18B20模塊設計

DS18B20溫度傳感器是單總線數字溫度傳感器。由于多個DS18B20溫度傳感器可同時共存于一根數據總線，這樣系統就能完成單總線多點溫度檢測。

3.3 濕度傳感器DHT11模塊設計

DHT11數字溫濕度傳感器是溫濕度復合傳感器，含有已校準數字信號輸出，且包含一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件，并與一個高性能8位單片機連接。

3.4 光敏電阻模塊設計

光敏電阻器是電阻值隨入射光的強弱而改變。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。

3.5 電源模塊設計

此電路的工作電壓是3.3V，而usb供電是5V，電池供電不穩定，四節1.5V電池供電一般是6V，所以采用轉換電壓的穩壓器件AMS1117，可以把電壓轉換成3.3V。

3.6 串口通信模塊設計

串口通信模塊采用芯片PL2303集成的USB轉TTL電路，該芯片是一種RS232-USB接口轉換器，且高度集成。

4 數據采集軟件設計

Z-Stack協議棧規定了硬件和軟件在不同層如何協調工作。網絡通信時，數據打包后，不同協議層的實體與對等實體間通信。發送方傳遞的數據包按從高到低的順序依次通過協議層，每一層按格式加入自己的信息，數據包到達物理層并在物理連接間互相傳遞。接收方的數據包從低到高依次向上通過協議層，在每一層提取出需在本層處理的信息，最后用戶得到數據包的數據信息再繼續處理。當中斷事件發生，系統會被觸發到中斷處理事件，事件處理完畢后，則恢復到平時的低功耗運行模式。Z-Stack運行流程圖如圖1所示。

“osal_start_system（）”是操作系統的實體代碼而且是個死循環。系統不斷查詢每個任務中是否有事件發生，若有事件發生，先比較優先級然后執行相應的處理函數；若無事件發生則繼續查詢下一個任務，這樣不斷的循環運行。

5 總結

本文利用CC2530無線射頻芯片實現節點間的相互通信，網絡協調器與傳感器節點之間的數據傳輸，網絡協調器與PC機的串口通信等，完成數據采集的軟件搭建。通過對不同功能相應程序的下載，實現系統的軟硬件聯調，實現數據的采集及傳輸。

參考文獻

[1]石權.基于無線傳感器網絡的溫濕度采集系統的設計[D].吉林大學，2008（04）.

[2]侯佳佳.基于ZigBee的溫室WSN監測系統的設計與研究[D].江蘇：江蘇大學，2009.

作者簡介

李海威（1988-），男，遼寧省沈陽市人。現為沈陽理工大學研究生在讀。研究方向為智能檢測與控制等。

作者單位

沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧省沈陽市 110159