1前言

无线网络感应器互联网（Wireless Sensor Networks，通称WSNs）是由布署在监控范围内很多的便宜微型传感器结点构成，根据无线通讯产生一个多跳生态系统理论应用系统，可以实时监测、认知和收集互联网遍布范围内监控目标的各类信息内容，并多方面解决，进行信息采集和检测每日任务。WSNs综合性了感应器、内嵌式测算、无线通信、分布式系统信息资源管理等技术性，具备迅速搭建、自配备、自调节拓扑结构、多跳路由器、密度高的、连接点数可变性、无统一详细地址、无线通讯等特性，尤其适用大范畴、偏长距离、风险自然环境等情况下的实时信息检测，能够普遍使用于国防、交通出行、环保监测和气象预报、卫生防疫、室内空间探寻等各行各业。 2连接点的详细设计和元器件型号选择

2.1节点的总体方案设计

WSNs小型连接点运用总数非常大，拆换和保护非常艰难，规定其连接点成本费较低和上班时间尽量长；作用上规定WSNs中不应该存有专业的无线路由器连接点，每一个连接点既是终端设备连接点，也是无线路由器连接点。连接点间选用挪动生态系统理论互联网联络起來，并使用多跳的路由器体制开展通讯。因而，在单独连接点上，一方面硬件配置务必节能型，选用无线数据传输方法；另一方面手机软件务必适用多跳的ospf协议。根据这种基本上观念，设计方案了以高端8位AVR单片机设计ATmega128L为关键，融合外场感应器和2.4 GHz无线网络接收控制模块CC2420的WSNs小型连接点。这2款元器件的大小特别小，再加上外场电源电路，其总体容积也不大，特别适合作为WSNs连接点的元器件。

图1得出WSNs小型连接点构造。它由数据收集模块、数据信息控制部件、传输数据模块和电池管理模块4一部分构成。数据收集模块承担检测范围内信息内容的搜集和数据交换，设计方案中涉及了可燃性气体感应器和温度传感器；数据信息控制部件承担操纵全部连接点的解决实际操作、ospf协议、同歩精准定位、功能损耗管理方法、任务管理等；传输数据模块承担与别的连接点开展无线通讯，互换操纵信息和收取和发送采集数据；电池管理模块选通常用到的感应器，连接点开关电源由几组AA充电电池构成，具体工业生产使用中选用小型钮扣电池，以进一步减少容积。为了更好地调节便捷及扩展性，可将数据收集模块单独出去，制成二块能互相扣接的可拓展电脑主板。

2.2CPU型号选择

CPU的型号选择规定和指标值是能耗低，确保长期不拆换开关电源也可以顺利工作中，提供工作电压低于5 V，有比较快的响应速度和工作能力，因为连接点是必须很多安装 的，因此 价钱也需要相对性划算。采用AVR单片机设计，充分考虑电源电路中I／O的数量很少，功能损耗低、低成本、合适与无线网络元器件插口相互配合等多个方面要素，综合性比较后，采用Atmel企业的ATmega128L。该小型控制板有着充足的上面資源，包含4个计时器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM；有着UART、SPI、I2C、JTAG插口，便捷无线网络元器件和控制器的连接；有6种开关电源环保节能方式，便捷功耗低设计方案。

2.3无线通讯元器件型号选择 CC2420是一款合乎ZigBee技术性的高集成度工业级频射光端机，其MAC层和PHY层协议书合乎802.15.4标准，工作中于2.4 GHz频率段。该元器件只需非常少外界元器件，就可以保证 短路线通信网络的有效和稳定性。传输数据模块控制模块适用数据信息传输速率达到250 Kb／s，就可以完成多一点对多一点的迅速组网方案，系统软件体型小、低成本、功能损耗小，适合充电电池长时间供电系统，具备硬件加密、可以信赖、组网方案灵便、抗毁性好等特性。

2.4感应器型号选择

因为WSNs是用以矿下安全性检测，常要检验矿下易燃气体的浓度值（防止煤层气汽体含量过高）和空气相对湿度，因此要挑选精确测量汽体含量和相对湿度的感应器。

2.4.1 HIH-4000系列产品测湿感应器

HIH-4000系列产品测湿感应器做为一个成本低、可软焊的单独直插入式部件（SIP）能给予仪表盘精确测量品质的空气湿度（RH）感测器特性。RH感应器可以用在二导线间有间隔的配比中，它是一个热固塑胶型电容器感测器元器件，其内部结构具备信号分析作用。感应器的双层构造对应用场景的不利条件，例如湿冷、尘土、污渍、原料油和自然环境中常用的化工品具备最好的抵抗力，因而可评定它能可用矿下自然环境。

2.4.2 MR511热线电话型半导体气敏元器件

MR511型气敏元器件运用汽体吸咐在金属材料空气氧化物半导体材料表层而造成导热转变 及电传输转变 的基本原理，由铂金电磁线圈电阻器值转变 测量汽体浓度值。MR511由检验部件和赔偿元器件匹配构成电桥电路的2个臂，遇可燃性气体时，检验部件的电阻器减少，桥路输出电压转变 ，该工作电压转变 随汽体含量的增加而成占比扩大，赔偿元器件具备温度补偿功效。MR511除具备精确度高、回应修复时间较短、可靠性好特性外，还具备功率小，抗自然环境温度湿度干扰能力强的优势。WSNs的低能耗和矿井极端温湿度自然环境规定MR5111能够达到。

3 WSNs连接点设计方案

3.1数据收集模块

充分考虑传感器网络节点的低能耗和矿井极端的温湿度自然环境，为了更好地有利于数据收集，控制系统设计选用HIH-4000-01型测温度传感器和MR511热线电话型半导体气体传感器。图2、图三分别得出其电路设计图。

3.2数据信息控制部件

ATmega128L的外围电路设计方案简易，设计方案时留意在数字电路设计的开关电源并人多个电容滤波。ATmega128L的工作中数字时钟源能够选择外界晶振电路、外界RC震荡器、內部RC震荡器、外界数字时钟源等方法。工作中数字时钟源的选取根据ATmega128L的內部熔丝位设计制作。熔丝位能够根据JTAG程序编写、ISP程序编写等方法设定。ATmega128L选用7.3728 MHz和32.768 kHz2个外界晶振电路。前面一种作为工作中数字时钟，后面一种作为实时时钟源。

3.3传输数据模块

3.3.1 CC2420外围电路设计方案

图4得出传输数据模块的外围电路。CC2420只必须很少的外场电子器件。其外围电路包含晶振电路晶振电路、频射键入／輸出配对电源电路和微处理器通信接口3一部分。

频射键入／輸出配对电源电路关键用于配对元器件的I/O特性阻抗，使其键入输出阻抗为50 Ω，与此同时为元器件內部的PA及LNA给予直流电参考点。频射键入／輸出是高特性阻抗，有区别。频射端最适用的负荷是115 j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61构成不平衡变电器，L62和L81匹配频射I/O到50 Ω；L61和L62与此同时给予功率放大电路和低噪音放大仪的直流电参考点。內部的T／R电源开关是为了更好地转换低噪音放大仪／功率放大电路。R451参考点电阻器是电流量标准产生器的精密电阻。CC2420本振数据信号既可由外界数字功放结晶给予，也可由內部电源电路给予。若由內部电源电路给予时，需另加晶振电路和二只负荷电容器，电容器的高低在于结晶的次数及键入容抗等主要参数。设计方案选用16 MHz晶振电路时，其电容器值约为22 pF。C381和C391是外界晶振电路的负荷电容器。上面电压调节器给予全部內部1.8 V开关电源的供货。C42是电压调节器的负荷电容器，用以平稳控制器。为获得最好特性务必应用开关电源去耦。在使用中应用尺寸适宜的去耦电容和输出功率过滤器是十分关键的。CC2420能够根据4线SPI系统总线（SI、SO、SCLK、CSn）设定元器件的工作模式，并完成读，写缓存文件，读／写情况存储器等。根据操纵FIFO和FIFOP脚位插口的状况可设定发送／接受缓存文件器。

3.3.2配备IEEE 802.15.4工作模式

CC2420为IEEE 802.15.4的数据帧文件格式给予硬件配置适用。其MAC层的帧文件格式为：头帧 数据帧 校检帧；PHY层的帧文件格式为：同歩帧 PHY头帧 MAC帧，帧头编码序列的长短可根据设定存储器更改，选用16位CRC校验来增强传输数据的稳定性。推送或接受的数据帧被送进RAM中的128字节缓存文件区开展对应的帧装包和解包实际操作。表1得出CC2420的四线串行通信SPI接口脚位作用。它是设计方案单片机设计电源电路的根据，充分运用这种作用是设计方案无线通讯商品的前提条件。

3.3.3 CC2420与单片机设计通信接口设计方案

图5得出CC2420与ATmega128L单片机设计的通信接口。CC2420根据简洁的四线（SI、SO、SCLK、CSn）与SPI兼容串行通信配备，这时候CC2420是可控的。ATmega128L的SPI接口工作中在服务器方式，它是SPI传输数据的操纵方；CC2420设成从机工作方式。当ATmega128L的SPI接口设为服务器工作方式时，其硬件配置电源电路不容易自动控制系统SS脚位。因而，在SH通讯时，应在SPI接口复位，它是由系统控制SS，将其拉为低电频，自此，当把数据信息载入服务器的SPI寄存器地址后，服务器插口将自动启动数字时钟产生器，在硬件配置控制电路的调节下，挪动传输，根据MOSI将数据信息移除ATmega128L，并另外从CC2420由MISO移人数据信息，8位数据信息所有移除时，2个存储器就保持了一次数据传输。

4总结

根据针对传感器网络节点中感应器元器件、数据处理方法控制模块、传输数据控制模块和开关电源的挑选，设计方案了一种以CC2420和ATmega128L为核心的硬件配置计划方案。运用该设计方案的CC2420和ATmega128L的外围电路及其彼此之间的通信接口。除此之外，还对感应器与51单片机的通信接口开展设计方案。根据试验认证，设计方案的硬件配置连接点大部分做到了新项目规定，经调节能根据感应器恰当真正地采集数据，并完成2个无线网络连接点（2个线路板。AA充电电池供电系统）在30 m上下的通讯、传送数据、并体现到智能终端。

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