浅谈无线传感器网络的开发方案

摘 要： 据市场调研公司ABI Research的报告，（WSN）市场目前处于发展的初期阶段，从2007年开始应该逐渐展现其真正的潜力。许多WSN系统芯片被封装在模块之中，这些模块可能含有额外的电路、堆叠层软件和天线。OEM可以利用这些器件使其产品支持WSN,而不必对射频工程了解太多，也不需要进行广泛的测试。

　　所具有的众多类型的，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。基于MEMS的微传感技术和联网技术为无线网络赋予了广阔的应用前景。这些潜在的应用领域可以归纳为：军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

　　无线网络综合了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科，是新兴的交叉研究领域。它的出现引起了全世界范围的广泛关注，被称为二十一世纪最具影响的技术之一。工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。

　　无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。

　　本文将采用TI公司的CC1110芯片实现无线传感器的终端节点、路由节点及网关节点设计。并实现了终端节点与传感器节点的接口设计以及终端节点与本地的智能仪表或二次仪表之间的通信接口设计。为了无线传感器网络系统能够与工业自动化领域的现有的技术无缝连接，本文针对网关节点设计了常用的现场总线协议。

　　1 系统设计结构

　　图1是一个典型的工业用无线传感器网络示意图，核心部分是低功耗的传感器节点，网络路由器和无线网关。无线传感器网络中的终端节点模块直接和各种各样的传感器节点相连接，通过路由节点和网关节点把传感器的数据传输到上位机，以进行进一步的数据处理。为了更方便地使用无线传感器网络把工业现场的数据传递出来，图1中的工业用无线传感器网络增加了传输智能仪表数据的能力，大大增强了的灵活性。

　　由图1可以看出，多个传感器可以和本地的智能仪表连接实现本地数据的显示等功能，并通过无线传感器网络的终端节点把智能仪表采集到的多个传感器的数据转发出去，这样就能够大大减少无线传感器网络中的终端节点个数，更有效地利用终端节点。可见这种在实际应用中可以根据现场的实际情况，灵活使用有线和无线的，使得系统配置更加灵活，能够满足对各种传感器和二次仪表的数据输出和输入控制命令，使得现有的工业网络无线化。

　　硬件模块主要分为终端节点发射模块、路由器模块、网关模块三部分，如图1所示。第一部分为终端节点模块，由传感器模块、数据处理模块、与其他单片机相连接的通信接口模块和发射模块组成。第二部分是路由器模块，包括无线发射、单片机信号输入与输出电路。第三部分是无线网关模块，包括无线信号接收与发射，无线接收与无线接收端与PC机的通信电路。

　　从图1中可以看出，无线传感器网络的数据最终都汇集到网关上，进而通过工业以太网传输给上位机，所以网关和工业以太网的接口设计也非常重要。

　　2 系统实现

　　2.1 终端节点设计

　　终端节点的核心是片上系统CC1110芯片，CC1110集成了支持315/433/868/915 MHz射频收发芯片，性能可达8倍标准8051性能的微处理器，以及32 KB闪存、4 KB RAM.芯片运行温度范围为-40℃~85℃，电压为2.0~3.6 V.能耗非常低，最低电流消耗为0.6 μA,最大为31 mA,而且可编程数据率范围从1.2 Kb/s-500 Kb/s,特别适合传送大批量数据[1-2].

无线传感器的终端节点如图2所示，终端节点模块实现了三大功能：处理传感器的数据；与二次仪表通信，处理二次仪表的数据；最后把相关的数据通过发送模块发射出去。软件设备流程如图3所示。