ZigBee无线传感器网络节点能耗检测装置的设计

姜岩　王晓薇　衣思超

摘要 无线传感器网络节点通常是没有稳定能源作为供给的，只能靠自身携带的电池作为能源。若无线传感器网络节点出现能源耗尽，则管理端不能正常显示其传感器节点检测的结果，会导致管理端无从得知该网络节点不能正常显示的真正原因，这样不利于整个网络的节能，不利于延长整个网络的使用寿命。为了解决无线传感器网络节点无法检测自身能耗所带来的问题，本论文介绍了一种无线传感器网络节点能耗检测装置。

关键词 无线传感器网络 节点能耗检测 装置

中图分类号：TP393 文献标识码：A

0 概述

目前，无线传感器网络的相关装置实现了对环境的检测以及各个网络节点进行自组织的方式构成无线传感器网络，无线传感器网络节点通常是没有稳定能源提供能量，只能靠自身携带的电池作为能源。若无线传感器网络节点出现能源耗尽，则管理端不能正常显示其传感器节点检测的结果，会导致管理端无从得知该网络节点不能正常显示的真正原因，即电池能量耗尽；还是传感器节点硬件电路出现问题导致的不能正常显示；同时也会导致无线传感器网络中其他节点在不知道该节点已经无法正常工作的情况下仍然会继续将信息发送到该故障节点，这样不利于整个网络的节能，不利于延长整个网络的使用寿命。

1 设计方案

1.1 本装置的功能要求

首先，该装置可以将传感器节点的能耗发送给管理端，使得在管理端软件实时读取传感器的能耗信息。其次，该装置能检测传感器节点电池的剩余电量。再次，该装置对于电池快枯竭的节点能自动地向管理端和其他节点发送能量即将耗尽的信息，从而避免管理端和其他节点继续向该节点发送信息，导致不必要的浪费，以达到节能、延长整个网络的使用寿命的目的。

1.2 采用的技术方案

在无线传感器网络节点上加入低功耗单片机MSP430F247。首先，MSP430实现无线传感器网络节点的能耗检测，其方法是通过非常灵敏的采样电阻对以CC2530为主要芯片的高频发射模块进行电压采样。通过RS—232串口将实时采样信息传递给管理端软件，已达到在管理端软件实施时读取传感器的能耗信息。其次，利用MSP430中集成的A/D转换器，定期采集电池电量信息进行模数转换，将转换得到的数字信号与预先设定的阈值相比较，若低于该阈值MSP430通过发射模块将信息发送给管理端和其他无线传感器节点。最后，该方案集成了传感器模块和高频发射模块，传感器模块由温湿度传感器和光照传感器组成。传感器将采集的光照信息或温湿度信息通过发射模块将信息传递给管理端。指示模块由两种不同颜色的发光二级管组成，每种颜色的二极管点亮与熄灭均代表该节点的工作状态。

1.3 装置的整体结构

本论文的无线传感器网络节点主要由MSP430F247构成的检测模块、Po188光照传感器构成的光照传感器模块、SHT11传感器构成的温湿度传感器模块、LT2051构成的信号放大模块、两种不同颜色的发光二极管构成的工作状态指示模块、CC2530构成的2.4GHz高频发射模块、MSP430F247构成的能耗检测模块、AP1117构成的电池/电源供电模块、MAX3223构成的串口输出模块。具有能耗检测功能的无线传感器节点结构如图1所示。

电池电源供电模块为整个无线传感器网络节点提供稳定的能量使各模块上电工作，使用中先将光照传感器或温湿度传感器插在传感器插座上，上电后以CC2530为主的高频发射模块基于Zigbee技术以自组织的方式与其他传感器网络节点组网。光照传感器/温湿度传感器感知节点周围的光照强度/温度、湿度，将感知的信息传递给与其串联的CC2530，再通过发射模块将感知的信息传递给其他节点或管理端。

提前设置在MSP430的两个阈值（一个是电量较少的阈值，另一个是电量即将枯竭的阈值）进行比较。若电池电量低于电量较少的阈值，那么MSP430会将信号经过高频发射模块将信号发送给管理端或其他节点，达到少使用该节点目的，进而平衡整个网络的电量避免因一个节点的电量提前耗尽而导致整个网络崩溃，延长网络使用寿命；若电量低于电量即将枯竭的阈值，那么MSP430会将信号经过高频发射模块将信号发送给管理端或其他节点，达到管理端或其他节点得知该传感器电量耗尽即将不能工作，不会继续向该节点发送信息与指令节省发射信号时所浪费的电量，进而延长网络的使用寿命。

2 不足与展望

首先，本方案只实现了对电源能耗的监测，不能提供更有效的方式维持无线网节点的正常工作；其次，当网关节点程序连接到主控端后，若因不可控制原因网关节点掉线，程序无法自动再连接，未来需要深入研究，解决这一问题；再次，本方案只是个硬件设计，在以后的设计中，加入软件，实现监测信息的有效存储和直观的显示。

参考文献

[1] 陈勇，刘建平.无线传感器网络应用综述[J].安防科技，2009.5.

[2] 余向阳.无线传感器网络研究综述[J].单片机与嵌入式系统应用，2008.8.

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