基于ZigBee无线传感网节点的设计与通信

从节点可以向主节点发送 中断请求。整 个软件分为以下几个 点没有数据采集和无线通信时使处理器进入“睡眠模式”状
部 分 。
态，这 时切断ＺｉｇＢｅｅ模块的部分电源 可以达到节能效果。实
无线通信模块 ：由网络、媒体接入 控制 （Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ ２．２节点的硬件组成
Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＡＣ）和收发器等模块组成 ，负责与其他传感器节
系统 的硬件主要是通信模块、传感 器节点、处理器和 电
作者简介：刘博 （１９８６一 ），男，河南南阳。
３ｌ一
第 １６期 ２０１６年 ８月
第 １６期 ２０１６年 ８月
无 线互联 科技
ＷｉｒｅｌｅＳ Ｓ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇＹ
Ｎ０．１６ ＡｕｇｕＳｔ，２０１６
基－Ｔ－ＺｉｇＢｅｅ２￣线传感网节点 的设计与通信
刘 博
（河南牧业经济学院 信息与电子工程学院，河南 郑州 ４５００４４）
摘 要 ：文章介绍 了基于ＩＥＥＥ ８０２．１５．４的无线通信协议一－ ｚ Ｂｅｅ协议 结构及 其技术特 最，提 出了无线传感器网络 （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）通 用节点的基 本构架 ，设计了一种基于ＺｉｇＢｅｅ￣线传感网节点通信的软硬件平台，给出了系统的设计 的方案 ，并从硬件和软件两方面解决了节目的功耗 问题 ，实验 结果证明该方法能够从一定程度上减小系统节占、的功耗 。 关键词：ｚｉｇＢｅｅ协议 ；无线传感器网络 ；节最
１ 无线传感网络概述
点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据。
无 线 传 感 器 网 络 （Ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ，ＷＳＮ）就
能量供应模块 ：为传感器节点提 供运行所需的能量，通
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成 的， 常采用微型电池。
通过无线通信 方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其 １．３节点存在 问题及 对策
统通常 由以下几部分组成 ：传感器节点、管理节点和汇聚节 低 系统 的工频 、把模块 空闲未用 的引脚 接地等方法很好地
点，它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用 ，也 解决了节点的功耗 问题 。实验 结果证 明该方法能够很好地减
是物联网的关键技术之一。大量传感器节点在监测 区域部署 少了系统节点的功耗 。
目的是协作地感知 、采集 和处理 网络覆 盖 区域 中被 感知对
传感器节点在实现无线通信的时候，难免会遇 到以下一
象 的信 息，并发 送 给 观察 者。
些 问题：本文设计了一种具有实用价值的通用节点软硬件平
１．１ 无 线传 感 网结 构
台，节点通信采用短距离无线技术 ￣［１ＺｉｇＢｅｅ（短距离低 功耗
内信 息 的采 集 和 数 据转 换 。
处理 器 模 块 ：由嵌入 式 系 统 组 成 ，包括 中央 处理 器
（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ，ＣＰＵ）、存储器 、嵌入式操作系统
等，负责控制整个传感器节点的操作 ，存储和处理本身采集
的数据 以及其他节点发来 的数据。
Baidu Nhomakorabea
图１ 节点 结构
３ 系统测试与分析
该系统经实验测试 ，通过 以下几种方法 处理后 ，能够有
效降低系统的功耗，几种方法的测试结果如下。
（１）降低系统 的工作 频率 。试 验测试 如下：系统 上电
后，时钟为８ＭＨｚ时，测得总消耗电流为７１ｍＡ：将频 率改为
２ＭＨｚ时系 统 正常工作 ，消 耗 电流则 降低 至 ６０ｍＡ。
大量随机的传感器节点，这 些节点通过 自组织的方 式构成了 ２ 系统 节点设计与实现
无线传感网络 。传感 网络的节点间距离一般很短 ，采用多跳 ２．１整 体 结 构
（Ｍｕｌｔｉ Ｈｏｐ）的无线通信方式 进行通信，监测点的数 据沿
无线传感 器 网络 节点 由４个 部分 组成 ，节点结 构如 图１
无 线互 联 科技 ·无 线天 地
Ｎｏ．１６
Ａｕｇｕｓｔ，２０１６
源几部分组 成，所有模块选取低功耗电子器件，节点的硬件
中断接收子程序 ：主程序初始化后开中断，运行中循环
组 成 如 图２所 示 。
等待下一个 中断。
另外 ，传 感 器节点上电后 ，单片机开 始初始 化 串口和
ＺｉｇＢｅｅ模块 ，系统建立通信链路后进入休眠模式。
无线传感器 网络是由大量部署在作用区域 内的，具有无 的无线通信技术 ）技术，提 出了无线传感器网络 （ＷＳＮ）通
线通信 与计算能力的微小传感器节点通过 自组 织方式构成 用节点的基本构架 ，设计了一种基于ＺｉｇＢｅｅ无线传感网节点
的根据环境自主完成指定任务的分布式智能化 网络系统。系 无线通信 的软硬件 平台，给出了系统的设计的方案，通过 降
（２）在保证系统 正常工作 时将闲置 的引脚接地 。试验
测试如下：系统上电 （３．３ｖ）后，工作频率一定，悬空的引脚
时测得消耗总电流 为６９ｍＡ；当降低系统供 电至２．７ｖ后，在
图 ２ 硬 件 组 成
同样条件下，测得总电流消耗下降为５１ｍＡ。
２．３软 件设计
（３）利用处理器 的在睡眠模式下和无线通信模块 的工
在 系统 进行软件调试的时候 ，采用串口通信模式 ，采用 作 模式 的合 理切换 ，有效地 降低系统 的功耗 。在 工作 状态
通串线 （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ，ＵＳＢ）接口与ＰＣ机通信，数 （接 收模式 ）下３．３Ｖ供 电，消耗 电流为５２ｍＡ；在发送模 式
据 的接 收和发 送采用中断的方法来实现 。数据 的传送 是： 下，３．３Ｖ供电，电流为６７ｍＡ，２．７供 电时电流为５２ｍＡ。在节
着 网络 中其他节点逐跳地进行数据 的传输，传感 网可 以在独 所 示 。
立 的环境下运行，也可通过 网关连接 到因特 网，用户可以通
过它实现远程访问。
１．２ 节点 结构
无线传感器网络节点主要是传感器节点，它 由传感器模
块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块４部分组成。
传感器模 块：由传感 器和Ａ／Ｄ转换模块组 成，负责区域