無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多無線傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同組織起來的，這些節(jié)點(diǎn)具有無線通訊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)同合作能力，可以應(yīng)用于布線和電源供給困難或人員不能到達(dá)的區(qū)域以及一些臨時(shí)場合等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)或特定地布置在目標(biāo)環(huán)境中，它們之間的通訊通過特定的協(xié)議自組織起來，能夠獲取周圍環(huán)境的信息，并且相互協(xié)同完成特定任務(wù)。本文基于nRF905設(shè)計(jì)了一款無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將普通辦公樓室內(nèi)的溫度采集傳感器節(jié)點(diǎn)連接起來，實(shí)時(shí)采集房間內(nèi)的溫度信息，并傳送到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行監(jiān)測。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)用多跳中繼的方式將數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，然后再經(jīng)過各種通信網(wǎng)絡(luò)途徑傳送到用戶交互的管理節(jié)點(diǎn)；管理節(jié)點(diǎn)對整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和對管理項(xiàng)進(jìn)行管理，及時(shí)地收集信息數(shù)據(jù)并發(fā)布監(jiān)測任務(wù)。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有如下特點(diǎn)：

　　① 基于應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是對每一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)的，通過感知識(shí)別客觀世界的物理量，它可以獲取外部信息。

　　② 與物理世界交互。外部環(huán)境變化對無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響較大，因此，傳感器節(jié)點(diǎn)必須適時(shí)地調(diào)整自身工作狀態(tài)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。

　　③ 自組織網(wǎng)絡(luò)。為了能夠快速自動(dòng)地配置調(diào)節(jié)、監(jiān)測與管理網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)需具有自組織能力，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的外部環(huán)境不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)自身也有很多不可預(yù)測的地方。

　　④ 以數(shù)據(jù)為中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以數(shù)據(jù)為中心，快速有效地融合各節(jié)點(diǎn)信息，直接將其傳送給用戶。

　　⑤ 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求用大量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式協(xié)同的信號(hào)和信息處理，這是因?yàn)閱蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力有限。

　　⑥ 節(jié)點(diǎn)能力有限。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)面臨電池能量、計(jì)算能力以及存儲(chǔ)能力有限的情況。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多其他網(wǎng)絡(luò)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)深入到人類社會(huì)的許多場合，例如在環(huán)境、反恐、家庭、軍事、醫(yī)療、救災(zāi)以及其他商業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域。

　　溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成

　　根據(jù)系統(tǒng)要求，溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)包括遠(yuǎn)程控制中心和智能節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)程控制中心用于發(fā)起數(shù)據(jù)采集命令，智能節(jié)點(diǎn)用以實(shí)現(xiàn)信息的采集、數(shù)據(jù)處理以及傳輸功能，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要由控制模塊、無線收發(fā)模塊、通訊模塊、溫度采集模塊、存儲(chǔ)模塊、電量檢測模塊、按鍵模塊、液晶顯示模塊以及GSM模塊等組成。依據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景，在所設(shè)計(jì)的溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點(diǎn)首先通過無線射頻將所測溫度數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后匯聚節(jié)點(diǎn)通過GSM模塊將數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)程控制中心。

　　圖1 溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成圖

　　溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)

　　控制模塊設(shè)計(jì)

　　控制模塊的功能包括：①測量并處理傳感器模塊數(shù)據(jù)；②讀取并處理無線收發(fā)模塊接收的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，配置系統(tǒng)參數(shù)；③通信協(xié)議處理，完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信中的MAC和路由協(xié)議處理。因此，綜合考慮控制模塊的處理速度、存儲(chǔ)空間、外圍接口、功能和功耗等因素，本設(shè)計(jì)選取μPD78F0485微控制器作為控制模塊的核心器件。

　　μPD78F0485微控制器具有如下特點(diǎn)：①工作電壓低、范圍寬、功耗低：電壓為1.8V~5.5V；在STOP模式下工作電流1μA，使用副時(shí)鐘（32.768kHz）全速工作時(shí)電流僅200μA。②方便的開發(fā)方式，存儲(chǔ)容量大：支持在線編譯，具有片上調(diào)試功能；內(nèi)部存儲(chǔ)器為60KB，高速RAM為1KB，擴(kuò)展ROM為1KB，存儲(chǔ)空間為64K。③管腳驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)：驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)10mA，可直接連接到電流低于10mA的芯片的電源引腳上，為這些芯片提供電源。④具有8通道10位AD轉(zhuǎn)換器；內(nèi)置看門狗定時(shí)器。⑤具有按鍵中斷功能，方便系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶操作。⑥具有LCD控制器/驅(qū)動(dòng)器，可直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。⑦具有1個(gè)16位的定時(shí)器/事件計(jì)數(shù)器，3個(gè)8位的定時(shí)器/事件計(jì)數(shù)器，3個(gè)8位的定時(shí)器，1個(gè)實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器，定時(shí)器可用作實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)定位過程中的延時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器主要用作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)鐘同步功能。⑧兩通道串行接口等片內(nèi)資源，可以直接連接GSM模塊和USB通訊模塊。⑨共有62個(gè)I/O口，多數(shù)接口具有內(nèi)部上拉電阻，對于必須使用上拉電阻的電路，可使用內(nèi)部上拉電阻，以節(jié)省電路板空間。⑩內(nèi)置蜂鳴器輸出控制器，可實(shí)現(xiàn)低電壓報(bào)警、溫度報(bào)警等功能。