矿山环境监测无线传感器网络节点总体设计

＋誉撼　巍瓣瓣　麓　ｊ器　黪　０＿　黟鬈　ｌ●叠Ｉ‘　Ｉ　ｌ　ｌ蓄—蓝　＿＿在选择微处理器时切忌一味追求性能，选择的原则（４）　作电平为３　３Ｖ．因此选用ＤＣ—ＤＣ　ＭＡＸ７５６电源芯片进行电　应该是“够用就好　。现在微处理器运行速度越来越快，但　平转换．在满载时电源效率可达到８７％，即使电池电压低至　性能的提升往往带来功耗的增加。一个复杂的微处理器集成　０　７Ｖ输出仍为３　３Ｖ。　度高、功能强．但片内晶体管多．总漏电流大，即使进入休　眠或空闲状态，漏电流也变得不可忽视：而低速的微处理器　三、软件设计　网络节点一般都具有数据采集、信息处理、数据转发以　不仅功耗低．成本也低。另外　应优先选用具有休眠模式的　及路由等功能．这些功能往往同时发生，因此，为了能够在　微处理器，因为休眠模式下处理器功耗可以降低３～５个数量　级。考虑实际需求，本设计中处理器模块选择ＡＴＭＥＬ公司的　ＡＶＲ系列的ＡＴｍｅｇａｌ　２８Ｌ单片机（５）。具有体积小、功耗低、集　成度高、支持睡眠模式、唤醒时间短、运行速度快、成本低　和足够的外部接口等特点。　（２）无线通信模块设计　无线通信模块选择Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ＣＣ２４２０芯片（６）。　ＣＣ２４２０具有集成度高．工作电压低、功耗低和灵敏度高等优　点．易于得到厂商提供的协议栈和开发套件。ＣＣ２４２０的主要　性能参数如下：　◎工作频带范围：２　４∞～２　４８３５ＧＨｚ。　◎采用ＩＥＥＥ８０２　１　５，４规范要求的直接序列扩频方式。　◎数据速率达２５Ｏｋｂ／ｓ，码片速率达２Ｍｃｈｉｐ／ｓ。　◎采用Ｏ—ＱＰＳＫ调制方式。　◎超低电流消耗（Ｒｘ：１　９．７ｍＡ　ＴＸ：１　７．４ｍＡ）高接收灵敏　度（－ｇｇｄＢｍ）。　◎抗邻频道干扰能力强（３９ｄＢ）。　◎内部集成有ＶＣＯ，ＬＮＡ．ＰＡ以及电源整流器　采用低　电压供电（２　１～３　６Ｖ）。　◎与控制微处理器的接口配置容易（４总线ＳＰＩ接口）。　（３）传感器模块设计　传感器的功耗占系统功耗的比例很小　优先选择耗电量　小的传感器，尽量避免选用如磁电式、电容式等功耗大的传　感器。对不需要具体数字大小的开关等状态量可采用如压电　式开关．光电开关、熔断开关等传感器。　改进传感器电源的供电电路设计，可以明显降低传感　器模块的能量消耗。对于小电流工作的传感器．可由处理器　Ｉ／Ｏ口直接驱动．当不用该传感器时　将Ｉ／Ｏ口设置为输入方　式。这样外部传感器没有能量输入，也就没有能量消耗，例　如温度传感器ＤＳ１　８Ｂ２０可以采用这种方式。　（４）能量供给模块设计　能量供给模块采用两节五号电池供电，由于ＭＣＵＩＴ＿常工　有限的硬件资源下处理这些并发事件．传感器的操作系统和　网络协议选用开放源代码的多任务实时嵌入式操作系统——　ＴｉｎｙＯＳ通过裁减、修改和完善来实现。　ＴｉｎｙＯＳ采用基于组件的体系结构，在这种结构下．应用　程序的各个功能都是由相应的组件实现的。当事件对应的硬　件中断发生时　ＴｉｎｙＯＳ的事件驱动机制能够快速地调用相关　的事件处理程序，从而使ＣＰＵ在事件发生时迅速执行相关任　务　在处理完之后进入睡眠状态，从而有效的提高了ＣＰＵ的　使用效率，并且节省了能量。此外．ＴｉｎｙＯＳ操作系统还采用　轻量级线程技术和基于ＦＩＦＯ的任务队列调度方法以及基于事　件驱动的主动消息通信技术来降低功耗，进而使它非常适合　于通信频繁的传感器网络。　四、结论　在矿山环境监测中采用无线传感器网络　利用其节点功　耗低、工作时间长、成本低、能自组织地通信以及在危险区　域和大面积监测中容易布置等特点，能够实现低成本连续在　线监测，较传统在线监测系统具有更大的优势。　参考文献　（１）孙利民，李建中　无线传感器网络．北京：清华大学　出版社．２００５　（２）崔莉．鞠海玲．无线传感器网络研究进展计算机研　究与发展，２００５：１　６７～１６９　（３）姜连祥．汪小燕．无线传感器网络硬件设计综述单　片机与嵌入式系统应用．２００６．１１期．　（４）王殊　胡富平，屈晓旭等　无线传感器网络的理论及　应用【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００７．　（５）马潮．高档８位单片机ＡＴｍｅｇａｌ　２８原理与开发应用指　南（上）．北京：北京航空航天大学出版社，２００４，Ｐ６—１　２．　（６）ＣｈＩＰＣＯｎ　ＡＳ　Ｓｍａ　ｒｔＲＦ　ＣＣ２４２０　Ｐ　ｒｅｌｉｍｉｎａ　ｒｙ　Ｄａｔａｓｈｅｅｔ（ｒｅｖ　１．２），２００４—０６－０９．