糧庫無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測節(jié)點設(shè)計

引 言
科學儲糧是糧食生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，若管理不當，糧食發(fā)霉或生蟲會造成極大的浪費。糧庫管理中最重要的問題是監(jiān)測糧堆中的溫、濕度變化。國家為糧食儲藏每年支付很高的費用，主要是因為監(jiān)測設(shè)備的成本過高，管理方式不夠先進。隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得研制低成本的先進糧庫溫濕度監(jiān)測方法成為現(xiàn)實。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是將大量低功耗、低成本的無線傳感器節(jié)點布置到相關(guān)區(qū)域，各傳感器節(jié)點通過自組織快速形成的一種分布式網(wǎng)絡(luò)。WSN具有廣闊的應(yīng)用前景，例如災難預警與救助、環(huán)境監(jiān)測和生物多樣化勘測、智能樓宇、設(shè)備管理、機器監(jiān)視和維護、運輸和信息通信業(yè)務(wù)等。在糧庫中構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，就可以實現(xiàn)對糧庫各處溫濕度的低成本、高效監(jiān)測。其中的傳感器節(jié)點是組成糧庫WSN的基本單位，節(jié)點將采集的溫濕度數(shù)據(jù)傳送給相鄰節(jié)點，根據(jù)采用的路由協(xié)議最終傳送到匯聚節(jié)點(sink)。匯聚節(jié)點解析接收到的數(shù)據(jù)，連接到因特網(wǎng)上實現(xiàn)信息的更廣泛傳遞。由此可知，節(jié)點的設(shè)計直接影響到糧庫WSN的性能。出于糧庫WSN低功耗、低成本的考慮，通常采用8位單片機為節(jié)點CPU。本設(shè)計實現(xiàn)了以高檔8位AVR單片機ATmega128L為核心，結(jié)合外圍溫濕度傳感器SHT11和無線收發(fā)芯片CC2420的糧庫無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

1 節(jié)點結(jié)構(gòu)
糧庫無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要功能是采集糧庫溫濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點。它由傳感器模塊、處理模塊、傳輸模塊和能量供應(yīng)模塊4個部分組成，如圖1所示。

傳感器模塊采用的是瑞士Scnsirion公司推出的溫濕度傳感器SHT11，通過I2C接口與處理模塊相連；處理模塊控制其他模塊以及WSN的路由協(xié)議、同步定位執(zhí)行和節(jié)點的功耗管理等；傳輸模塊主要由低功耗無線通信芯片CC2420及其外圍電路組成，軟件上運行相應(yīng)的通信協(xié)議；能量供應(yīng)模塊采用2節(jié) 5號AA電池供電。

2 糧庫無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計
2．1 處理模塊設(shè)計
ATmega128L是Atmel公司于2001年推出的采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位微控制器。該芯片內(nèi)部采用Harvard結(jié)構(gòu)，具有極低的能耗和豐富的資源；具有片內(nèi)128 KB的Flash存儲器、4 KB的SRAM數(shù)據(jù)存儲器(可外接擴展到64 KB)和4 KB的E2PROM存儲器。該芯片還有8個10位ADC通道，2個8位和2個16位硬件定時／計數(shù)器，可在多種不同模式下工作；8個PWM通道、可編程看門狗定時器和片上振蕩器、片上模擬比較器；USART0／1、SPI、I2C總線接口；可以采用JTAG編程和ISP編程兩種方式。除正常工作模式外， ATmega128L還具有6種不同等級的低能耗操作模式，每種模式具有不同的能耗。因此ATmega128L非常適合于低能耗的應(yīng)用場合。處理模塊選用 AT-mega128L，其接口電路如圖2所示。