[ 導讀 ] 在物聯網技術的推動下，無線傳感器網絡技術在社會的各方面取得了很多實際有效的應用，相比使用傳統技術節省了大量的人力、物力。

0 引言
    在物聯網技術的推動下，無線傳感器網絡技術在社會的各方面取得了很多實際有效的應用，相比使用傳統技術節省了大量的人力、物力。本文設計的無線傳感器網絡，是一種基于ZigBee技術的無線監測系統，可實時采集蔬菜大棚內溫度和濕度，從而便于種植戶根據檢測到的蔬菜生長環境做適當的調整，提高產量，獲得更大的效益。適用于較大規模的蔬菜種植基地。
    完整的Zigbee協議棧由物理層、介質訪問控制層、網絡層、安全層和高層應用規范組成，ZigBee協議棧的核心部分在網絡層，網絡層主要實現節點加入或離開網絡、接收或拋棄其他節點、路由查找及傳送數據等功能，支持Cluster-Tree、AODVjr、Cluster-Tree+AODVir等多種路由算法，支持星形(Star)、樹形(Cluster-Tree)、網格(Mesh)等多種拓撲結構，而應用層根據自己的需要做開發。

1 系統總體設計
    本文所設計的無線傳感器網絡協調節點負責采用ZigBee組建網絡，并通過USB接口與PC完成數據交換功能；傳感器節點負責采集蔬菜大棚內的溫濕度值并發送和轉發該數據至協調節點，相反也可以接收并轉發協調節點傳送過來的指令信息；整個系統的通信基于ZigBee技術實現，在該穩定網絡之上實現無線傳感器網絡中傳感器節點與協調節點之間的數據和控制信息的交互。圖1系統框圖。

2 傳感器節點
    傳感器節點通過傳感器SHT11采集蔬菜大棚內的溫度和濕度值，經CC2533處理通過2．4G天線傳送出去；相反，天線收到控制指令后交給CC2533芯片，由其做出相應操作。
    SHT11是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSensTM技術的新型溫濕度傳感器。該傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術結合起來，從而發揮出它們強大的優勢互補作用。溫濕度傳感器的主要特性如下：1)將溫濕度傳感器、信號放大、A／D轉換、I2C總線接口全部集成于一個芯片(CMOSensTM技術)；2)可給出全校準相對濕度及溫度值輸出；3)具有露點值計算輸出功能；4)具有卓越的長期穩定性；5)濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位；6)小體積(7．65×5．08×23．5mm)，可表面貼裝；7)具有可靠的CRC數據傳輸校驗功能；8)片內裝載的校準系數可保證100％互換性；9)電流消耗測量時為550μA，平均為28μA，休眠時為3μA。

    CC2533芯片為TI公司生產的2．4GHz射頻系統單芯片，該單芯片上整合了ZigBee RF前端、內存和微控制器。其主要特點如下[FS:PAGE]：高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE 802．15．4標準的2．4GHz的RF無線電收發機；卓越的無線接收靈敏度和魯棒性；在休眠模式時僅1 μA的流耗；硬件支持CSMA／CA功能；具有I2C接口；數字化的RSSI(接收信號強度指示)／LQ I(鏈路質量指示)支持和強大的5通道DMA(直接存儲器存取)功能；具有電池監測功能；集成AES(高級加密標準)安全協處理器；帶有2個強大的支持幾組協議的USART(通用異步同步收發器)，以及1個符合IEEE802．15．4規范的MAC(媒體訪問控制層)計時器，1個常規的16位計時器和2個8位計時器；23個可編程的I／O引腳。

3 協調節點
    無線傳感器的網絡的協調節點需要承擔起來無線網絡組建、上行數據和下行指令轉發的工作，在無線傳感網絡中，協調器主要處理五方面的工作：1) 將終端設備添加進無線傳感網絡中；2)接收終端設備發送的數據并進行處理，然后通過usb口發給計算機進行處理或顯示；3)接收計算機通過usb口發送的指令信息，經過處理后發送給相應的終端設備；4)將終端設備從無線傳感器網絡中移除；5)終端設備工作狀態顯示與自動報修。
    CC2531芯片為TI公司生產的2．4GHz射頻系統單芯片，該單芯片上整合了ZigBee RF前端、內存和微控制器。其主要特點如下：高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE 802．15．4標準的2．4GHz的RF無線電收發機；卓越的無線接收靈敏度和魯棒性；在休眠模式時僅1μA的流耗；硬件支持CSMA／CA功能；USB2.0認證的全速設備(12Mbps)；數字化的RSSI／LQ I支持和強大的5通道DMA(直接存儲器存取)功能；具有電池監測和溫度感測功能；集成了12位ADC；集成AES(高級加密標準)安全協處理器；帶有2個強大的支持幾組協議的USART(通用異步同步收發器)，以及1個符合IEEE802．15．4規范的MAC計時器，1個常規的16位計時器和2個8位計時器；21個可編程的I／O引腳。圖3協調節點硬件框圖。

4 軟件
    根據本系統的需要，應用層的開發使用IAREmbedded Workbench軟件修改Z-Stack協議棧，編譯、下載并調試。協調節點通過USB口與電腦連接，用C++開發USB驅動程序；電腦與協調節點為上下位機，在協調節點CC2531的RAM中劃分出緩存區，電腦和協調節點都可以從緩存區讀寫數據；使用VB編寫管理顯示界面，如圖4所示，每一個蔬菜大棚為一個分組，其中放有若干個傳感器節點，可以對分組和節點進行添加、刪除、對應和備注；可以自己設定時間使傳感器節點采集并送回溫、濕度數據，也可[FS:PAGE]以實時操作。

5 結束語
    本文設計的無線傳感器網絡可以滿足種植戶實時監測蔬菜大棚內溫濕度的基本需要，系統組網簡單，使用方便。為了使系統更加完善，計劃在下一步開發過程中，重點改進以下兩個方面的功能：優化節點間通信的路由算法和節點能量控制。本文對其它無線監測網絡的設計具有一定的參考價值，如森林火災預警系統、礦震監測系統等。

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