耐高溫電解電容無線傳感器網絡節點應用的硬件設計

　　1引言

　　無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，簡稱WSNs)是由陳設在監測區域內大量的便宜微型傳感器節點構成，通過無線通信形成一個多跳自組織網絡系統，可以或許及時監測、感知和收羅網絡漫衍區域內監督工具的各類信息，并加以處理懲罰，完成數據收羅和監測任務。WSNs綜合了傳感器、嵌入式計較、無線通訊、漫衍式信息處理懲罰等技能，具有快速構建、自設置、自調解拓撲、多跳路由、高密度、節點數可變、無統一地點、無線通信等特點，出格合用于大范疇、偏遠間隔、危險情況等條件下的及時信息監測，可以遍及應用于軍事、交通、情況監測和預報、衛生保健、空間摸索等各個規模。 2節點的總體設計和器件選型

　　2.1節點的總體設計

　　WSNs微型節點應用數量較量大，改換和維護較量堅苦，要求其節點本錢低廉和事情時間盡大概長；成果上要求WSNs中不該該存在專門的路由器節點，每個節點既是終端節點，又是路由器節點。節點間回收移動自組織網絡接洽起來，并回收多跳的路由機制舉辦通信。因此，在單個節點上，一方面硬件必需低能耗，回收無線傳輸方法；另一方面軟件必需支持多跳的路由協議?；谶@些根基思想，設計了以高等8位AVR單片機ATmega128L為焦點，團結外圍傳感器和2.4 GHz無線收發模塊CC2420的WSNs微型節點。這兩款器件的體積很是小，加上外圍電路，其整體體積也很小，很是適適用作WSNs節點的元件。

本文引用地點：　　圖1給出WSNs微型節點布局。它由數據收羅單位、數據處理懲罰單位、數據傳輸單位和電源打點單位4部門構成。數據收羅單位認真監測區域內信息的收羅和數據轉換，設計中包羅了可燃性氣體傳感器和濕度傳感器；數據處理懲罰單位認真節制整個節點的處理懲罰操縱、路由協議、同步定位、功耗打點、任務打點等；數據傳輸單位認真與其他節點舉辦無線通信，互換節制動靜和收發收羅數據；電源打點單位選通所用到的傳感器，節點電源由幾節AA電池構成，實際家產應用中回收微型紐扣電池，以進一步減小體積。為了調試利便及可擴展性，可將數據收羅單位獨立出來，做成兩塊能彼此套接的可擴展主板。

　　2.2處理懲罰器選型

　　處理懲罰器的選型要求和指標是功耗低，擔保長時間不改換電源也能順利事情， 電解電容廠家，供應電壓小于5 V，有較快的處理懲罰速度和本領，由于節點是需要大量安放的，所以價值也要相對自制。選用AVR單片機，思量到電路中I／O的個數不多，功耗低、本錢低、適合與無線器件接口共同等多方面因素，綜合比擬后，選用Atmel公司的ATmega128L。該微型節制器擁有富厚的片上資源，包羅4個按時器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM；擁有UART、SPI、I2C、JTAG接口，利便無線器件和傳感器的接入；有6種電源節能模式， 4.7uf 63v，利便低功耗設計。

　　2.3無線通信器件選型 CC2420是一款切合ZigBee技能的高集成度家產用射頻收發器，其MAC層和PHY層協議切合802.15.4類型，事情于2.4 GHz頻段。該器件只需少少外部元件，即可確保短間隔通信的有效性和靠得住性。數據傳輸單位模塊支持數據傳輸率高達250 Kb／s，即可實現多點對多點的快速組網，系統體積小、本錢低、功耗小，適于電池恒久供電，具有硬件加密、安詳靠得住、組網機動、抗毀性強等特點。

　　2.4傳感器選型

　　由于WSNs是用于礦下安詳監測，常要檢測礦下可燃氣體的濃度(防范瓦斯氣體濃渡過高)和氛圍濕度，所以要選擇丈量氣體濃度和濕度的傳感器。

　　2.4.1 HIH-4000系列測濕傳感器

　　HIH-4000系列測濕傳感器作為一個低本錢、可軟焊的單個直插式組件(SIP)能提供儀表丈量質量的相對濕度(RH)傳感機能。RH傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容傳感元件，其內部具有信號處理懲罰成果。傳感器的多層布局對應用情況的倒霉因素，諸如濕潤、塵埃、污垢、油類和情況中常見的化學品具有最佳的抗力，因此可認定它能合用礦下情況。

　　2.4.2 MR511熱線型半導體氣敏元件

　　MR511型氣敏元件操作氣體吸附在金屬氧化物半導體外貌而發生熱傳導變革及電傳導變革的道理，由白金線圈電阻值變革測定氣體濃度。MR511由檢測元件和賠償元件配對構成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時，檢測元件的電阻減小，橋路輸出電壓變革，該電壓變革隨氣體濃度的增大而成比例增大，賠償元件具有溫度賠償浸染。MR511除具有敏捷度高、響應規復時間短、不變性好特點外，還具有功耗小，抗情況溫濕度滋擾本領強的利益。WSNs的節能和井下惡劣溫濕情況要求MR5111可以滿意。