《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 通信與網絡 > 設計應用 > 基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計與實現
基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計與實現
摘要: 基于無線傳感器網絡的特點,本文以CC2430芯片為核心設計一種用于溫濕度測量的無線傳感節點,為了降低節點功耗,在ZigBee協議棧的基礎上進行改進,為傳感節點設計了空閑、觸發和主動等3種工作模式,使節點能夠按照實際需求控制采樣的時機和速率,以減少傳感節點用于無線通信的能量開銷,從而滿足無線傳感器網絡對節點低功耗的設計要求,同時根據已知參數預測傳感節點壽命,并通過實驗進行了驗證。
Abstract:
Key words :

基于傳感器" title="無線傳感器">無線傳感器網絡" title="無線傳感器網絡">無線傳感器網絡的特點,本文以CC2430芯片為核心設計一種用于溫濕度測量的無線傳感節點,為了降低節點功耗,在ZigBee協議棧的基礎上進行改進,為傳感節點設計了空閑、觸發和主動等3種工作模式,使節點能夠按照實際需求控制采樣的時機和速率,以減少傳感節點用于無線通信的能量開銷,從而滿足無線傳感器網絡對節點低功耗的設計要求,同時根據已知參數預測傳感節點壽命,并通過實驗進行了驗證。

0 引言

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSN)是由部署在監測區域內大量廉價微型傳感器節點組成,以無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡系統,其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域內感知對象的信息,并發送給觀察者。無線傳感器網絡有助于人們更好地感知客觀世界,極大擴展現有網絡的功能和人類認識世界的能力,具有廣闊的應用前景。

無線傳感器網絡中的節點一般采用電池供電,可以使用的電量非常有限,而對于有成千上萬節點的無線傳感器網絡來說,對電池的更換是非常困難,甚至是不可能的。但是無線傳感器網絡的生存時聞卻要求長達數月甚至數年。因此,如何在不影響功能的前提下,盡可能節約無線傳感器網絡的電池能量成為無線傳感器網絡軟硬件設計中的核心問題,也是當前國內外研究機構關注的焦點。

傳感器節點由處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊和能量供應模塊4部分組成。其中,前3個模塊消耗能量,由于傳感器模塊消耗能量相對較低,目前研究的重點主要集中在處理器模塊和通信模塊上。處理器模塊節能策略通常有動態電壓調節(Dynamic Voltage Scaling,DVS)和動態功率管理(Dynamic Power Management,DPM)。前者的工作原理是當計算負載較低時,通過降低微處理器的工作電壓和頻率,從而降低處理能力,可以節約微處理器的能耗;后者是利用當節點周圍沒有感興趣的事件發生時,部分模塊處于空閑狀態,把這些組件關掉或調到更低能耗的狀態,以延長節點壽命。通信模塊消耗能量是最多的,故為其制定有效的節能策略尤為重要,主要包括控制節點通信流量,合理安排工作休眠時間以及采用多跳通信方式等。

本文通過對硬件的選擇配置和軟件的靈活設計,采用3種備選工作模式,使節點能根據實際情況進行參數設置,減少節點用于無線通信的能量開銷,實現無線傳感器網絡節點的低功耗目標,同時完成相關測試對該設計方案進行驗證。

1 節點硬件設計

ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低數據速率、低復雜度的雙向無線通信技術,適用于無線傳感器網絡。目前,多家公司均有自己的主流ZigBee芯片,如表1所示。經綜合比較,該設計選用CC2430芯片,該芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee協議的SoC解決方案,它在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內存和微控制器,最大27 mA的工作流耗及在休眠模式下0.9μA的流耗使之非常適合無線傳感節點對低功耗的要求。

在此采用深圳金圖旭昂有限公司的TSZ-CC2430開發系統,移植美國密西西比大學的精簡ZigBee協議棧,以CC2430芯片為核心設計一種用于環境監測的溫濕度傳感節點,通過軟硬件設計方法實現傳感節點的低功耗目標。

硬件連接如圖1所示,射頻芯片CC2430集成了處理器模塊和無線通信模塊,大大簡化了射頻電路的設計。


圖1 無線傳感器節點硬件連接示意圖

溫濕度傳感器SHT10的工作電壓為2.4~5.5 V,測濕精度為±4.5%RH,25℃時測溫精度為±0.5℃。SHT10采用兩條串行線與處理器進行數據通信,串行時鐘線SCK負責兩者通信同步,數據線DATA用于數據的讀取。DATA在SCK下降沿之后改變狀態,并僅在SCK時鐘上升沿有效。數據傳輸期間,在SCK時鐘高電平時,DATA必須保持穩定。為避免信號沖突,微處理器應驅動DATA在低電平,故DATA線采用10 kΩ的上拉電阻。

對于供電模塊,最初設計時考慮節點體積因素,擬采用鈕扣電池。但在后來測試中發現,容量為210 mAh的CR2032型鈕扣鋰電在節點啟動瞬間,電池電壓立即由3.0V下降到2.4V,難以驅動傳感節點正常工作。分析原因是CC2430射頻工作時流耗超出電池的帶負載能力,故采用2節普通7號電池提供3.3V電源。

2 節點軟件設計

節點程序主流程如圖2所示,主要包括數據采集和無線通信兩個部分。出于傳感節點低功耗的考慮,軟件設計重點放在工作模式的處理上。

節點能耗絕大部分消耗在無線通信部分,傳感節點使用無線方式傳輸1 b到100 m遠所消耗的能量可供執行3 000條指令。可見,如何有效傳輸數據,合理安排工作休眠時間對于節約傳感節點能耗有著直接影響,這也是軟件設計應重點考慮的問題。

為了實現傳感節點的低功耗以及更優的測量性能,設計時采用工作模式的選擇,通過無線配置傳感節點的工作參數,使節點能夠按照實際需要控制采集的時機和速率,從而降低能耗,以延長節點壽命。節點工作分空閑模式、觸發模式、主動模式3種。其中,空閑模式下的節點大部分時間處于休眠狀態,只是周期性的喚醒檢查有無來自服務器的控制命令,以更好地節約能耗;觸發模式下RF關閉,只有當傳感器測量值達到設定門限后才觸發RF進行無線數據收發,同時可以根據不同的門限選擇相應的采樣率,適用于如森林火災等突發情況的監測和預警;主動模式下傳感節點按配置的采樣率進行數據采集發送,周期性轉入休眠并自動喚醒。模式選擇及相應參數配置均來自傳感器網絡服務器。對傳感節點而言,該項工作是在無線接收過程中完成的。

3 低功耗測試

鑒于功耗測試特點,傳感節點工作模式設置為主動模式,即節點周期性地進行采集、發送、休眠,獲取不同階段的工作參數,依據一定方法進行壽命預測和驗證。

通過測試獲取節點工作參數如表2所示,工作電壓為3.3 V。可知,節點工作時流耗大,在休眠狀態則小得多。因此,為保證在供電電量有限的情況下獲得更長的工作壽命,有必要將節點設置為間歇式工作模式,即工作休眠周期性交替進行。下式為節點壽命預測公式:

式中:Td為節點可工作天數;Qb為可用電池容量;tw為每周期內工作時長;ts為每周期內休眠時長;Iw為工作電流;Is為休眠電流。根據預潮公式及假定電池可用容量為1 000 mAh,可以預測在不同休眠時長下的工作天數如表3所示。對特定的傳感節點,其單周期內數據采集、處理、發送所占用的工作時長是一定的,可變的就是休眠時長,通過控制傳感節點不同的休眠時長來獲取其相應的工作壽命特性。由表3可知,隨著休眠時長的增加,節點工作壽命隨之延長,當休眠時長為60s,即1 min進行1次數據采集發送時,傳感器節點能夠連續使用約1年時間。

在實際測試過程中,采用孚安特鋰電ER14250H和普通7號南孚堿性電池進行比對實驗,前者電池容量為1 200 mAh,后者無容量標識,但根據其官方網站測試說明,估計亦在1 200 mAh左右??紤]長時間測試中電池自放電效應,其實際可用容量必定要小些,仍采用1 000 mAh假定值的預測結果進行比較。實驗得到節點實際可工作天數如表3所示,測試結果與預測趨勢大體上是一致的,傳感節點可工作天數與其在一個工作周期內的休眠時長相關。所以,為延長傳感節點壽命,有必要根據實際情況確定節點的工作休眠時間,在保證網絡穩定性、數據可靠性的前提下盡量安排更多的休眠時間。另外,在組網測試中,傳感節點單跳距離約60 m,自組織特性良好,傳感節點可以選擇較優路由入網,服務器對終端傳感節點的數據獲取、監測、控制功能均正常。該設計實現的溫濕度傳感節點如圖3所示,電路由CC2430射頻板和傳感器底板組成,兩者通過12 pin×2接口連接,方便安裝使用。

4 結語

本文介紹了一種基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計與實現,并進行了測試。實驗結果表明,傳感節點具備低功耗特性,能夠通過無線實施靈活的測量和控制,滿足無線傳感器網絡要求。同時,節點設計方法有一定參照價值,便于移植和改進,可用于其他參量的測量與控制。誠然,降低功耗可以延長無線傳感器網絡節點的使用壽命,如果能夠利用諸如光照、風力、震動等外界能量,從而使傳感節點有效地自我補給,這對于野外部署的無線傳感器網絡將有著積極意義。

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
热re99久久精品国产66热_欧美小视频在线观看_日韩成人激情影院_庆余年2免费日韩剧观看大牛_91久久久久久国产精品_国产原创欧美精品_美女999久久久精品视频_欧美大成色www永久网站婷_国产色婷婷国产综合在线理论片a_国产精品电影在线观看_日韩精品视频在线观看网址_97在线观看免费_性欧美亚洲xxxx乳在线观看_久久精品美女视频网站_777国产偷窥盗摄精品视频_在线日韩第一页
  • <strike id="ygamy"></strike>
  • 
    
      • <del id="ygamy"></del>
        <tfoot id="ygamy"></tfoot>
          <strike id="ygamy"></strike>
          国产一级揄自揄精品视频| 玉米视频成人免费看| 欧美aⅴ99久久黑人专区| 国产日韩在线不卡| 日韩一二三区视频| 国产免费一区二区三区香蕉精| 一区二区欧美激情| 欧美一区二区三区在线观看| 国产精品国产福利国产秒拍| 小黄鸭精品aⅴ导航网站入口| 久久久国产成人精品| 亚洲综合首页| 亚洲一区免费视频| 亚洲精品久久久久中文字幕欢迎你| 99精品久久免费看蜜臀剧情介绍| 久久九九免费视频| 国产亚洲欧美色| 国产综合亚洲精品一区二| 久久久亚洲精品一区二区三区| 欧美无乱码久久久免费午夜一区| 免费视频久久| 国产日韩精品在线播放| 性欧美大战久久久久久久免费观看| 一区二区三区在线观看视频| 国产欧美1区2区3区| 先锋影音国产一区| 国内精品视频在线观看| 久久亚洲风情| 一本久道久久综合中文字幕| 老司机精品福利视频| 欧美日韩一区二区三区在线视频| 1024成人网色www| 午夜欧美不卡精品aaaaa| 理论片一区二区在线| 亚洲欧美日本国产有色| 亚洲开发第一视频在线播放| 欧美在线亚洲综合一区| 一区二区三区产品免费精品久久75| 国产中文一区| 伊人婷婷久久| 午夜精品久久久久| 久久久久久亚洲精品不卡4k岛国| 欧美在线观看一二区| 亚洲国产成人91精品| 久久天堂精品| 性欧美精品高清| 欧美日韩国产色视频| 亚洲国产精品成人va在线观看| 一区二区自拍| 性欧美长视频| 欧美国产日本| 久久精品亚洲精品| 亚洲永久免费av| 亚洲国产精品一区二区尤物区| 精品99一区二区三区| 亚洲欧美日韩国产一区二区| 午夜精品网站| 亚洲免费在线| 亚洲人体偷拍| 久久精品五月| 国产伦理精品不卡| 国产精品一区二区a| 免费中文字幕日韩欧美| 国产亚洲精品aa| 午夜免费在线观看精品视频| 亚洲网友自拍| 欧美一级在线播放| 亚洲精品一区二区三区不| 国产精品美女| 99精品视频免费观看| 在线观看日韩www视频免费| 欧美日本在线| 日韩视频不卡| 久久天天躁狠狠躁夜夜av| 久久男人av资源网站| 浪潮色综合久久天堂| 欧美日韩一区在线| 国产精品女人毛片| 99国产精品久久久久久久成人热| 久久精品女人天堂| 国产伦精品一区二区三区视频孕妇| 国产在线观看一区| 免费观看在线综合| 国产欧美一区二区三区在线看蜜臀| 欧美激情精品久久久久久蜜臀| 精品成人在线视频| 久久精品一区二区三区中文字幕| 农夫在线精品视频免费观看| 国产欧美精品日韩精品| 亚洲在线观看视频| 欧美日韩欧美一区二区| 久久久久久久激情视频| 亚洲欧美经典视频| 亚洲精品视频在线| 136国产福利精品导航网址| 最新国产成人在线观看| 国产精品一区在线观看| 午夜精品亚洲一区二区三区嫩草| 伊人婷婷欧美激情| 91久久精品美女| 国产午夜精品一区二区三区视频| 99热这里只有精品8| 国产精品第十页| 国模 一区 二区 三区| 久久久国产一区二区| 激情av一区二区| 国产精品国产三级国产aⅴ9色| 欧美色图首页| 影音先锋一区| 欧美成人在线影院| 久久久亚洲人| 国产综合网站| 精品成人国产在线观看男人呻吟| 亚洲香蕉伊综合在人在线视看| 亚洲国语精品自产拍在线观看| 亚洲免费在线视频一区 二区| 欧美日韩国产亚洲一区| 亚洲经典视频在线观看| 亚洲网站在线观看| 亚洲人成网站在线播| 欧美中文在线免费| 欧美高清一区| 欧美日韩成人综合在线一区二区| 欧美成人69| 99re6热在线精品视频播放速度| 欧美日韩亚洲综合一区| 欧美一区二区三区在线播放| 欧美一区二区三区免费在线看| 国产精品色婷婷| 红桃视频欧美| 午夜精品久久久久久久白皮肤| 国产精品亚洲不卡a| 国产精品免费久久久久久| 激情综合视频| 国产精品高潮呻吟| 欧美不卡福利| 欧美va亚洲va国产综合| 美日韩丰满少妇在线观看| 欧美精品日本| 欧美三级资源在线| 牛牛精品成人免费视频| 国产免费成人av| 精久久久久久| 影音先锋中文字幕一区二区| 日韩午夜精品| 亚洲影视九九影院在线观看| 国产欧美一区二区精品仙草咪| 欧美精品一区二区三区很污很色的| 日韩亚洲在线观看| 亚洲免费在线视频一区 二区| 久久久夜色精品亚洲| 亚洲私人影院| 亚洲一区二区三区色| 日韩视频在线一区二区| 国产精品日本欧美一区二区三区| 亚洲人成毛片在线播放| 久久视频这里只有精品| 亚洲精品日韩久久| 久久精品国产亚洲5555| 欧美视频中文在线看| 欧美三级在线视频| 在线播放亚洲一区| 亚洲成人在线网| 久久三级福利| 久久久久国产成人精品亚洲午夜| 久久久精品五月天| 国产一区二区| 亚洲一区中文字幕在线观看| 欧美一区不卡| 久久精品一二三区| 欧美日韩亚洲一区二区三区在线| 欧美日本国产| 欧美午夜精品理论片a级大开眼界| 国产精品久久久久久久久久妞妞| 欧美日韩一区二区三区视频| 好吊色欧美一区二区三区四区| 亚洲大胆av| 午夜精品一区二区在线观看| 一区二区视频免费完整版观看| 激情婷婷欧美| 亚洲国产网站| 欧美性片在线观看| 一区二区免费看| 亚洲七七久久综合桃花剧情介绍| 久久久免费观看视频| 99精品国产福利在线观看免费| 免费不卡在线观看av| 亚洲欧美另类中文字幕| 亚洲国产精品久久91精品| 在线观看日韩av电影| 精品91免费| 亚洲二区免费| 欧美激情综合五月色丁香| 日韩视频―中文字幕| 久久深夜福利免费观看| 亚洲国产mv| 久久影院亚洲| 免费视频亚洲| 香蕉久久久久久久av网站| 亚洲欧洲在线观看| 亚洲日本理论电影| 国产九九精品| 久久久精品一品道一区| 欧美日本精品| 亚洲国产日韩欧美一区二区三区| 国产精品久久久久久久久久三级| 国产一本一道久久香蕉| 欧美激情一区二区三区在线| 国产亚洲欧美日韩日本| 欧美凹凸一区二区三区视频| 性伦欧美刺激片在线观看| 激情综合色丁香一区二区| 欧美日韩亚洲在线| 亚洲免费观看在线视频| 欧美有码视频| 国产精品一二三视频| 久久久久国色av免费看影院| 欧美日韩国产综合视频在线| 美女视频黄a大片欧美| 久久一区激情| 欧美日韩伊人| 国产精品成人一区二区三区夜夜夜| 久久国产视频网站| 亚洲欧美第一页| 国产精品v欧美精品v日韩| 亚洲国产老妈| 亚洲午夜激情免费视频| 国产欧美一区二区三区在线看蜜臀| 久久精品人人做人人爽电影蜜月| 免费久久99精品国产| 久久久午夜视频| 国产精品丝袜白浆摸在线| 亚洲视频免费| 亚洲精品资源美女情侣酒店| 亚洲一区在线视频| 国产精品久久久久永久免费观看| 国产一区二区日韩| 国产精品一区二区你懂得| 国产女人精品视频| 亚洲福利视频免费观看| 国产精品白丝av嫩草影院| 中日韩午夜理伦电影免费| 9l视频自拍蝌蚪9l视频成人| 国语自产精品视频在线看| 亚洲精品在线视频观看| 免费视频一区| 美女福利精品视频| 久久久久国产精品麻豆ai换脸| 在线看片欧美| 欧美国产日韩a欧美在线观看| 国产乱码精品一区二区三区忘忧草| 国产精品久久久一区二区| 免费成人性网站| 久久综合久久88| 亚洲视频高清| 新片速递亚洲合集欧美合集| 久久久久久久999| 巨乳诱惑日韩免费av| 国内精品视频在线观看| 欧美一区激情视频在线观看| 美女黄毛**国产精品啪啪| 欧美黄色一级视频| 亚洲婷婷国产精品电影人久久| 国产一区二区三区成人欧美日韩在线观看| 欧美日韩一区二区三区在线看| 亚洲在线一区| 久久伊人免费视频| 欧美三级乱码| 亚洲激精日韩激精欧美精品| 在线国产亚洲欧美| 欧美在线免费观看| 亚洲免费综合| 国产在线播精品第三| 久久最新视频| 亚洲免费在线视频一区 二区| 久久免费视频这里只有精品| 狠狠色丁香久久婷婷综合丁香| 一区二区精品在线观看| 亚洲一区制服诱惑| 国产日韩欧美在线一区| 亚洲电影免费观看高清完整版在线观看| 国产视频精品xxxx| 久久高清免费观看| 欧美精品 国产精品| 亚洲欧美欧美一区二区三区| 亚洲综合另类| 久久精品国产亚洲5555| 国产精品黄色| 欧美国产日韩精品免费观看| 久久视频国产精品免费视频在线| 狠狠色丁香久久婷婷综合_中| 欧美日韩视频在线第一区| 亚洲国产综合91精品麻豆| 久久综合99re88久久爱| 国产精品一区二区三区四区| 一区二区三区四区精品| 欧美二区在线播放| 一区二区高清视频| 狠狠色狠狠色综合系列| 亚洲国产视频直播| 鲁大师影院一区二区三区| 亚洲国产精品123| 美日韩精品免费观看视频| 有码中文亚洲精品| 亚洲欧洲精品一区二区三区不卡| 欧美一区二区三区在线免费观看| 欧美国产视频一区二区| 国产精品一区二区在线观看网站| 国产精品一区二区在线观看网站| 国产一区免费视频| 久久精品一区二区三区中文字幕| 亚洲欧美在线磁力| 正在播放亚洲| 欧美日韩中文字幕综合视频| 韩国av一区二区三区四区| 日韩一级在线| 欧美一级黄色录像| 久久国产精品99久久久久久老狼| 怡红院av一区二区三区| 麻豆9191精品国产| 欧美精品v国产精品v日韩精品| 欧美日韩亚洲天堂| 99成人在线| 欧美激情第3页| 国产三级欧美三级日产三级99| 亚洲欧美成人一区二区三区| 欧美三级电影网| 欧美激情1区|