无线振动传感器节点设计

无线振动传感器节点设计

作者：相涛朱吉胜范柳青

来源：《科技传播》2010年第24期

摘要传感器节点是无线传感器网络硬件平台的重要组成。本文提出了一种新型无线振动传感器节点的设计思路，借助现有传感器、数据采集板和无线节点，自行设计接口电路，集成具有实时采集、传输功能的节点。

关键词无线传感器网络；无线节点；振动检测

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2010）33-0242-02

0引言

无线传感器网络是由具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点组成的网络。传感器节点是无线传感器网络中部署到监控区域内，负责收集和转发信息、协作完成特定任务的主体，作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础支撑平台[1]。因此它对所使用的传感器节点有一些严格的限制条件。一般而言，由于节点由电池供电，能源受限，所以优先使用低功耗微型器件，只是在其功能不能满足要求的条件下才考虑传统的器件。

1节点设计

本文预期设计一种新型振动传感器节点，当节点部署后，自组织网络建立无线路由，能够实现振动信号的实时感知、数据采集、无线传输等功能。硬件选择以小体积、低功耗、高精度的微型器件为主，满足无线传感器网络对节点硬件的要求。

1.1节点硬件组成

本文自选ADXL330型三轴加速度传感器；数据采集设备和无线节点直接选用美国Crossbow公司的产品：MDA300CA型数据采集板，IRIS无线节点。以上设备通过接口电路连接，组成具有信号感知、采集、无线发送功能的完整节点。

1.1.1 ADXL330加速度传感器

ADXL330是美国模拟器件公司（ADI）推出的MEMS三轴加速度传感器。该器件具有尺寸小、功耗低的特点，自带信号调理电路，在单片集成电路上实现三维模拟信号输出，输出的模拟电压信号与加速度成正比。[2]

1.1.2 MDA300CA数据采集板

MDA300CA是在加州大学洛杉矶分校（UCLA）嵌入式网络传感器中心（CENS）开发的多功能数据采集板。由于具有微型螺钉连接方式使其更适合于自定义传感器类应用。

MDA300CA提供了一个高精度的模拟信号获取手段，可以与Crossbow所有无线模块通过51针接口相连。

1.1.3 IRIS无线节点

IRIS是美国Crossbow科技公司推出了一款超低功耗、更远距离传输的无线传感器网络Mote模块。IRIS用于低功耗无线传感器网络，工作在2.4 GHz，支持IEEE802.15.4协议。IRIS 增加的几点新特性从整体上提高了Crossbow无线传感器网络产品的性能：

1）超低功耗，休眠电流减半，更长电池寿命；

2）相对 MICA系列产品，三倍作用距离，双倍存储空间；

3）基于IEEE802.15.4/ZigBee协议RF发送器，工作在2.4-2.4835GHz，全球兼容的ISM 波段；

4）即插即用，可连接Crossbow所有传感器板、数据采集板、网关和软件。

1.2 硬件连接

本文节点组成：与外围电路集成的ADXL330传感器，MDA300CA数据采集板，IRIS无线节点。MDA300CA带有螺钉式数据接口，与传感器PCB各引脚连接，为其提供电源并接收模拟输出信号，再通过51针接口与IRIS无线节点连接。

1.2.1 ADXL330-PCB与MDA300CA的连接

将ADXL330外围电路集成在PCB上，共有5个引脚，两个固定孔。其中，T1= Vcc

（+2.0V~+3.6V），T2=GND，T3=XOUT，T4=YOUT，T5=ZOUT，T6、T7为电路板固定孔。C1、C2为电源去耦电容。C3、C4、C5实现低通滤波功能。本文设计节点主要测量中低频信号，选取C3=C4=C5=0.01μF限制带宽， 3dB带宽计算公式：

1.2.2 MDA300CA与IRIS的连接

MDA300CA数据采集板与IRIS无线节点，都是美国Crossbow科技有限公司开发的基于WSN的硬件平台。两者直接通过51针接口相连，能够互相兼容。节点工作时，需要加载MDA300CA数据采集板的驱动才能实现功能。在安装Crossbow配套开发软件MoteWork后，MDA300CA的驱动在该安装目录下:Crossbow\cygwin\opt\MoteWork\apps\xmesh\XMDA300。

2 节点数据采集

节点工作过程中，传感器感知振动并输出模拟信号，数据采集板MDA300CA将该信号进行模数转换，由节点无线发送模块将数据包送入无线网络，最终上传至用户端计算机并显示。

3 结论

本文提出了一种无线振动传感器节点的设计思路。通过设计外接接口电路，将低功耗传感器与数据采集和无线发送模块集成，构成具有振动信号感知、采集和无线发送功能的新型传感器节点，经实验验证，该节点功能实现良好。

参考文献

[1]王丽琴.无线传感器网络密钥管理方案研究.硕士学位论文.陕西：武警工程学院，2010.

[2]孟维国.三轴加速度计ADXL330的特点及其应用[J].国外电子元器件，2007，2：47-50.

[3]郭斌，李欣昕.无线传感网用振动加速度传感器几点探索[J].今日电子，2007，3：64-65，72.