摘要：文中给出了一种依据无线传感器网络的监测与报警体系的规划。该体系运用无线通讯模块进行数据传输，以完成组网的灵敏性；选用CRC校验法确保传输的可靠性；选用查询驱动的智能化模块办理方法来下降能耗。实践运用标明，该体系特别适合于大面积、杂乱环境下的数据收集与监测。
关键词：无线传感器网络；低功耗；智能化办理；nRF401
在工业、医疗、交通、军事等运用领域，环境(特别是大面积、杂乱、风险环境中)温度、湿度等目标是作业现场的重要参数。传统的有线监测办法，需求衔接很多的电缆，具有组网杂乱、本钱高的缺点，不利于远距离监测，特别难以满意需求依据测验现场实践情况改动测验点方位、增减测验点数意图要求。针对这一缺点，规划了一种依据无线传感器网络的监测与报警体系。该体系具有布网简略灵敏、可靠性高、能耗低的长处，特别适合于远距离、杂乱环境下的数据收集与监测。
1 体系描绘
依据无线传感器网络的监测与报警体系由若干无线传感器节点和操控中心组成。无线传感器节点由若干同一或不同类型的传感器和无线收发模块组成，散布于监测现场，进行相关参数的收集与无线传送。操控中心经过无线收发模块与无线传感器节点进行通讯，并对接纳到的相关参数进行数据处理。依据无线传感器网络的监测与报警体系框图如图1所示。
当操控中心经过无线收发模块发送某一无线传感器节点的地址编码后，一切的传感器节点将接纳到的地址编码和本身的地址编码进行比对，比对成功的传感器节点经过传感器对监控目标进行数据收集(其它的传感器节点不进行数据收集)，再经过节点内的无线收发模块发送到操控中心，操控中心对接纳到数据进行相关处理。
2 体系硬件规划
无线传感器网络节点一般由多个传感器、微处理器(CPU)、无线收发模块3部分组成。主站体系由无线收发模块、微处理器(CPU)、显现与报警电路、操控键盘(如需进行数据剖析则可经过串口模块衔接核算机完成)4部分组成。体系硬件框图如图2所示。
传感器类型可依据监测目标的不同进行合理挑选。考虑到监测现场环境的杂乱性和或许的风险性，应尽或许下降能耗，削减替换传感器节点电池的频率，故微处理器选用MSP430系列超低功耗单片机，无线收发模块选用nRF401低功耗射频芯片。
2．1 依据nRF401无线收发体系规划
无线射频模块选用nRF401无线收发芯片。该芯片运用433MHz频段，芯片中集成了高频发射与接纳、PLL频率组成、FSK调制与解调、多频道切换等功能，具有抗搅扰才能强、频率稳定性高的特色。特别重要的是还具有能耗小、外围电路简略的长处。无线射频模块电路结构如图3所示。
nRF401与单片机MSP430F149经过I／O线衔接。DIN与DOUT为数据输入、输出端，直接与单片机串口的TXD和RXD相衔接。CS为频道挑选端，当CS=0时，挑选433．92 MHz频道，CS=1时，挑选434．33 MHz频道。TXEN为发射／接纳状况切换端，当TXEN=0时，nRF401作业于接纳状况；当TXEN=0时，作业于发射状况。PWR_UP为节能操控端，PWR_UP=0时，nRF401作业于休眠状况，待机电流仅为8μA；PWR_UP=1时，nRF401处于正常作业状况。
2．2 微处理器操控体系规划
硬件体系中的微处理器选用MSP430系列单片机。MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号操控器，可在低电压下超低功耗作业嘲。一起，MSP430系列单片机集成了丰厚的片内外设，能够极大极限下降体系电路的杂乱度，削减了节点的功耗和体积。别的，MSP430F149的运转环境温度规模为-40～85℃，能够习惯各种恶劣的环境。
单片机与串口模块、无线收发模块的衔接方法如图4所示。无线收发模块的CS、TXEN、PWR_UP别离衔接单片机的I／O口，数据端DIN与DOUT直接与单片机串口的TXD和RXD相衔接。单片机与PC机经过串口模块MAX232进行电平转化后衔接(MAX232具有驱动才能，无需外加驱动电路)。需求留意的是：单片机与PC机、无线收发模块的数据交换均经过TXD、RXD端进行。此刻，单片机作为主机，PC机、无线收发模块为从机。主机与从机之间能够进行双向通讯，经过地址码对从机加以差异。从机与从机之间不能直接通讯，有必要经过主机转发。
2．3 节能规划
考虑到监测现场环境的杂乱性、或许存在的风险性以及保护本钱的下降，应尽或许下降无线传感器节点能耗，延伸运用寿命，减小替换节点电池的频率。因而，节能是规划中应需求优先考虑的问题。
为了下降能耗，主站选用多作业形式，可经过各模块的智能化办理以防止搁置模块动力的糟蹋。无线传感器网络选用查询驱动方法。仅当主机自动查询数据某一传感器节点数据时，主站才经过无线收发模块唤醒相应的无线传感器节点呼应指令并传回数据，其他时刻传感器节点处于休眠状况。
因为微处理器的振动频率越低，其能量消耗越低。因而，能够恰当下降微处理器的振动频率，以便确保微处理器既有足够高的运算速度来满意核算和操控的需求，又能下降能耗。
别的，因为在相一起钟频率的条件下，供电电压越低，能耗越低，因而在电路规划过程中应尽或许选用低电压的CMOS系列%&&&&&%芯片。
3 体系软件规划
3．1 通讯协议
在无线传输过程中，因为现场环境、天气状况、搅扰与噪声等要素的影响，无线传感器节点和主站之间的无线通讯常常会形成传输帧的丢掉或数据传输犯错(误码)。为了确保体系传输的可靠性，需求拟定通讯协议，以便据此判别接纳到的数据是否有用、是否犯错。
本体系选用的无线收发数据帧结构由帧头、地址编码部分、数据部分、CRC校验部分组成。无线收发体系数据帧结构如图5所示。
在实践运用中，噪声发生的数据为1111111100000000的概率很低，因而发送数据帧以0xFF和0x00为帧头。用一个字节地址编码来差异不同的传感器节点或主机。数据检错选用CRC校验方法。接纳端检测到0xFF和0x00字节后，标明收到的数据帧有用。假如该帧CRC校验正确，则阐明接纳正确，不然标明该帧传输犯错，丢掉该帧。
3．2 程序流程
无线传感器网络监测体系程序流程如图6、7所示。
主站需求检测某一节点数据时，经过无线收发模块发送该传感器节点地址码。无线传感器节点收到地址码后与自己的地址码比对。比对成功则进行相应丈量并将测验数据回传给主站。
4 结束语
文中给出了一种依据无线传感器网络的监测与报警体系的规划。该体系运用无线通讯模块进行数据传输，数据帧选用含地址编码和CRC校验的短帧结构和查询驱动的智能化模块办理方法。实践运用标明，该体系具有组网便利灵敏、能耗低、可靠性高、可完成无线数据双向传输的特色，特别适合于大面积、杂乱环境下的数据收集与监控。
