用于环境监测的ZigBee无线传感器节点设计

本栏目责任编辑：贾薇薇计算机工程应用技术Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第1期(2009年1月)用于环境监测的ZigBee 无线传感器节点设计

毛乾杰

（同济大学电子信息与工程学院，上海200092）

摘要：温室环境监测采用基于ZigBee 技术的智能网络化传感器有着很明显的优势。ZigBee 网络容量大、功耗低、易于扩充并且支持自组织组网。该文设计了一种ZigBee 无线传感器监测节点，介绍了基于ZigBee 协议构建的无线数据采集网络，包括传感器节点的软、硬件设计。实验证明：节点工作状况良好，整个网络具有较高的可行性，可以实现对环境温湿度、光强等信息进行实时、准确的监测。关键词：无线传感器网络；Zigbee ；环境监测

中图分类号：TP212文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2009)01-0232-03

Design for ZigBee Wireless Sensors Nodes Used in Environmental Monitoring

MAO Qian-jie

(Electronic Information and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China)

Abstract:ZigBee-based wireless sensor network in greenhouse environmental monitoring has many remarkable advantages due to its large capacity,low-power,good scalability and self-organization of nodes in sensor networks.It mainly discussed a ZigBee wireless sensor net -works applied in the greenhouse.And it introduced the application data collecting network based on ZigBee protocol in detail,including the monitoring host computer software and the hardware design of sensor node.

Keywords:WSN;zigbee;environmental monitoring

1引言

无线传感器网络(Wireless sensor Network ，WSN)是由部署在监测区域内的大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

无线传感器网络系统与传统的有线传感器网络相比，具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适用于对布线困难、人员不能到达的区域和一些临时场合的状况进行远程监测，如大型建筑的健康状态监测、空间探索、灾害预测等，也因此成为国际上的前沿热点研究领域。

本文从温室环境监测的应用考虑，设计了一种可用于对外部环境中温度、湿度和光强进行精确采集的WSN 节点，并详细介绍了节点系统的硬件和软件设计方案。

2系统概述

整个无线传感器网络由若干无线传感器网络终端节点、1个汇聚节点和1个监控中心组成。无线传感器网络终端节点完成数据采集、预处理和通信工作；汇聚节点负责网络的发起和维护，收集终端节点数据并与监控中心进行信息交互;监控中心负责数据处理和网络管理，并具有人机交互界面，可实现用户对整个系统的操作。为了实现对某一区域内温度、湿度、光强信息的监测，应首先用无线传感器网络终端节点覆盖该区域，然后通过汇聚节点对终端节点所采集的数据进行收集并且传送给监控中心，最后由监控中心对所采集的数据进行分析处理。网络中的数据传输以多跳的方式进行，每一个终端节点不仅发送自己采集的数据，而且也可以转发其他节点的数据。汇聚节点与终端节点在硬件配置上基本相同，只是在软件设计上有所不同。当汇聚节点出现故障时，为了保证网络工作的正常，可以通过预先的设置，使终端节点改变工作状态成为汇聚节点，从而提高了整个网络的鲁棒性。

3Zigbee 技术概述

ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee 采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用层。ZigBee 联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。在zigbee 网络中有3种角色的节点：

网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。

全功能设备(FFD)：可以担任网络协调者，形成网络，让其它的FFD 或是精简功能装置（RFD ）连FFD 具备控制器的功能，可提供信息双向传输。

精简功能设备(RFD)：RFD 只能传送信息给FFD 或从FFD 接收信息。附带有限的功能来控制成本和复杂性，在网络中通常用作终端设备。

4无线传感器网络终端节点硬件设计

4.1节点硬件体系结构

无线传感器网络终端节点由4部分组成:传感器模块、无线微控制器模块、串口通信模块以及能量供应模块。节点的硬件体系结构如图1所示。无线微控制器模块是整个节点的核心，本系统选用JN5121-Z01-M0l 无线微控制器模块，负责对传感器节点进行控制和管理，包括数据存储、数据处理、路由选择、向其他节点传输无线数据和命令、任务管理和电源管理等。能量供应模块负责为传感器提供收稿日期：2008-11-10

ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识

与技术Vol.5,No.1,January 2009,pp.232-234E-mail:kfyj@ Tel:+86-551-56909635690964232