耐高温电解电容无线传感器网络节点应用的硬件设计

　　1引言

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，简称WSNs)是由陈设在监测区域内大量的便宜微型传感器节点构成，通过无线通信形成一个多跳自组织网络系统，可以或许及时监测、感知和收罗网络漫衍区域内监督工具的各类信息，并加以处理惩罚，完成数据收罗和监测任务。WSNs综合了传感器、嵌入式计较、无线通讯、漫衍式信息处理惩罚等技能，具有快速构建、自设置、自调解拓扑、多跳路由、高密度、节点数可变、无统一地点、无线通信等特点，出格合用于大范畴、偏远间隔、危险情况等条件下的及时信息监测，可以遍及应用于军事、交通、情况监测和预报、卫生保健、空间摸索等各个规模。 2节点的总体设计和器件选型

　　2.1节点的总体设计

　　WSNs微型节点应用数量较量大，改换和维护较量坚苦，要求其节点本钱低廉和事情时间尽大概长；成果上要求WSNs中不该该存在专门的路由器节点，每个节点既是终端节点，又是路由器节点。节点间回收移动自组织网络接洽起来，并回收多跳的路由机制举办通信。因此，在单个节点上，一方面硬件必需低能耗，回收无线传输方法；另一方面软件必需支持多跳的路由协议。基于这些根基思想，设计了以高等8位AVR单片机ATmega128L为焦点，团结外围传感器和2.4 GHz无线收发模块CC2420的WSNs微型节点。这两款器件的体积很是小，加上外围电路，其整体体积也很小，很是适适用作WSNs节点的元件。

本文引用地点：　　图1给出WSNs微型节点布局。它由数据收罗单位、数据处理惩罚单位、数据传输单位和电源打点单位4部门构成。数据收罗单位认真监测区域内信息的收罗和数据转换，设计中包罗了可燃性气体传感器和湿度传感器；数据处理惩罚单位认真节制整个节点的处理惩罚操纵、路由协议、同步定位、功耗打点、任务打点等；数据传输单位认真与其他节点举办无线通信，互换节制动静和收发收罗数据；电源打点单位选通所用到的传感器，节点电源由几节AA电池构成，实际家产应用中回收微型纽扣电池，以进一步减小体积。为了调试利便及可扩展性，可将数据收罗单位独立出来，做成两块能彼此套接的可扩展主板。

　　2.2处理惩罚器选型

　　处理惩罚器的选型要求和指标是功耗低，担保长时间不改换电源也能顺利事情， 电解电容厂家，供应电压小于5 V，有较快的处理惩罚速度和本领，由于节点是需要大量安放的，所以价值也要相对自制。选用AVR单片机，思量到电路中I／O的个数不多，功耗低、本钱低、适合与无线器件接口共同等多方面因素，综合比拟后，选用Atmel公司的ATmega128L。该微型节制器拥有富厚的片上资源，包罗4个按时器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM；拥有UART、SPI、I2C、JTAG接口，利便无线器件和传感器的接入；有6种电源节能模式， 4.7uf 63v，利便低功耗设计。

　　2.3无线通信器件选型 CC2420是一款切合ZigBee技能的高集成度家产用射频收发器，其MAC层和PHY层协议切合802.15.4类型，事情于2.4 GHz频段。该器件只需少少外部元件，即可确保短间隔通信的有效性和靠得住性。数据传输单位模块支持数据传输率高达250 Kb／s，即可实现多点对多点的快速组网，系统体积小、本钱低、功耗小，适于电池恒久供电，具有硬件加密、安详靠得住、组网机动、抗毁性强等特点。

　　2.4传感器选型

　　由于WSNs是用于矿下安详监测，常要检测矿下可燃气体的浓度(防范瓦斯气体浓渡过高)和氛围湿度，所以要选择丈量气体浓度和湿度的传感器。

　　2.4.1 HIH-4000系列测湿传感器

　　HIH-4000系列测湿传感器作为一个低本钱、可软焊的单个直插式组件(SIP)能提供仪表丈量质量的相对湿度(RH)传感机能。RH传感器可用在二引线间有间距的配量中，它是一个热固塑料型电容传感元件，其内部具有信号处理惩罚成果。传感器的多层布局对应用情况的倒霉因素，诸如湿润、尘埃、污垢、油类和情况中常见的化学品具有最佳的抗力，因此可认定它能合用矿下情况。

　　2.4.2 MR511热线型半导体气敏元件

　　MR511型气敏元件操作气体吸附在金属氧化物半导体外貌而发生热传导变革及电传导变革的道理，由白金线圈电阻值变革测定气体浓度。MR511由检测元件和赔偿元件配对构成电桥的两个臂，遇可燃性气体时，检测元件的电阻减小，桥路输出电压变革，该电压变革随气体浓度的增大而成比例增大，赔偿元件具有温度赔偿浸染。MR511除具有敏捷度高、响应规复时间短、不变性好特点外，还具有功耗小，抗情况温湿度滋扰本领强的利益。WSNs的节能和井下恶劣温湿情况要求MR5111可以满意。