1. 無線感測器網路節點硬體的模塊化設計
無線感測器網路節點硬體的模塊化設計
隨著人們對於環境監測要求的不斷提高，無線感測器網路技術以其投資成本低、架設方便、可靠性高的性能優勢得到了比較廣泛的應用。由於無線感測器網路節點需要實現採集、處理、通信等多個功能，因此硬體上採用模塊化設計可以大大提高網路節點的穩定性和安全性。那麼下面我就來討論一下無線感測器網路節點硬體的模塊化設計。
1 CC2430晶元簡介
CC2430是一款工作在2.4 GHz免費頻段上，支持IEEE 802.15.4標準的無線收發晶元。該晶元具有很高的集成度，體積小功耗低。單個晶元上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。CC2430擁有1個8位MCU(8051)，8 KB的RAM，32 KB、64 KB或128 KB的Flash，還包含模擬數字轉換器(ADC)，4個定時器(Timer)，AESl28協處理器，看門狗定時器(Watchdog-timer)，32.768 kHz晶振的休眠模式定時器，上電復位電路(Power-on-Reset)，掉電檢測電(Brown-out-Detection)，以及21個可編程I/O介面。
CC2430晶元採用0.18μm CMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發射模式下，電流損耗分別為26.7 mA和26.9 mA;休眠時電流為O.5 μA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
2 無線感測器網路系統結構
整個無線感測器網路由若干採集節點、1個匯聚節點、1個中轉器、1個上位機控制中心組成，系統結構如圖1所示。無線感測器網路採集節點完成數據採集、預處理和通信工作;匯聚節點負責網路的發起和維護，收集並上傳數據，將中轉器下發的命令通告採集節點;中轉器負責上傳收集到的數據並將控制中心發出的命令信息傳遞給匯聚節點;控制中心負責處理最終上傳數據，並且可以由用戶下達網路的操作命令。
採集節點和匯聚節點由CC2430作為控制核心，採集節點可採集並傳遞數據，匯聚節點負責收集所有採集節點採集到的數據。中轉器採用ARM處理器作為控制核心，和匯聚節點採用串口通信，以GPRS通信方式和上位機控制中心進行交互。上位機控制中心實現人機交互，可以處理、顯示上傳的數據並且可以直接由客戶下達網路動作執行命令。
3 節點模塊化設計
匯聚節點和採集節點在硬體配置上基本相同，採用模塊化設計使得設計通用性更好。
每個節點主要由控制模塊、無線模塊、採集模塊、電源模塊4部分構成。
3.1 控制模塊
控制模塊主要由CC2430及其外圍電路構成，完成對採集數據的處理、存儲以及收發工作，並對電源模塊進行管理。晶元CC2430包括21個可編程I/0口，其中8路A/D介面，可滿足多路感測器的採集、處理需求。CC2430自帶了一個復位介面，外接一個復位按鍵可以實現硬體初始化系統。32 MHz晶振提供系統時鍾，32.768 kHz晶振供系統休眠時使用。
節點選用晶元FM25L256作為存儲設備，這是一款256 Kb鐵電存儲器，其SPI介面頻率高達25 MHz，低功耗運行以及10年的數據保持力保證了節點數據存儲的低成本以及可靠性。
3.2 無線模塊
無線模塊負責節點間數據和命令的傳輸，因此，合理設計無線模塊是節點穩定、高效通信的重要保證。
TI公司提供了一個適用於CC2430的微帶巴倫電路，這個設計把無線電RF引腳差分信號的阻抗轉換為單端50 Ω。由於該電路直接影響節點的通信質量，在使用前必須對其進行模擬驗證。設計中選用ADS模擬軟體進行模擬，採用了版圖和原理圖的聯合模擬方法。模擬電路圖如圖5所示，微帶電路為TI提供的微帶巴倫電路，分立元件均選自村田公司元件庫內的模型，嚴格保證了模擬數據的`真實性和可靠性。巴倫電路在工作頻段內(2.400～2.4835 GHz)信號傳輸特性高效、穩定。
3.3 採集模塊
採集模塊負責採集數據並調理數據信號。本設計中，監測的是土壤的溫度和濕度數據，採用的感測器是PTWD-3A型土壤溫度感測器以及TDR-3型土壤水分感測器。
PTWD-3A型土壤溫度感測器採用精密鉑電阻作為感應部件，其阻值隨溫度變化而變化。為了准確地進行測量，採用四線法測量電阻原理，將電阻信號調理成CC2430晶元A/D通道能采樣的電壓信號。由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2.5 V電源構成10 mA恆流源。10 mA的電流環流經感測器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號，由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。
TDR-3型土壤水分感測器輸出信號即為電壓信號。感測器輸出信號通過P354運算放大器送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。
3.4 電源模塊
電源模塊負責調理電壓、分配能量，分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個模塊。本設計中採用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。
作為環境監測的無線感測器網路應用，節點需要在野外無人看守的情況下進行工作，能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計採用太陽能電池板為節點在野外工作時進行電能的補給，充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態對鉛酸電池進行合理、有效的充電。光電耦合器TLP521-100和場效應管Q共同構成了充電模塊的開關電路，可以由CC2430晶元的I/0口很方便地進行控制。
在太陽能電池板對電池充電時，電池不能對系統進行供電，因此設計中採用了雙電源供電方式，保持“一充一供”的工作狀態，雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示，採用了兩個開關電路對兩塊電源進行切換。
在電源進行切換時，總是先打開處於閑置狀態的電源，再關閉正在為系統供電的電源，因此會在一段短暫的時間內同時有兩個電源對系統供電，這是為了防止系統出現掉電情況。
電源模塊需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多組電源以滿足節點各模塊的供能需求。由於系統電源組較多，電壓轉換模塊採用了開關型降壓穩壓器以及低壓差線性穩壓器等多種電壓轉換晶元來對電源進行電壓轉換，同時要確保電源模塊供能的高效性。
結語
節點的設計對整個無線感測器網路系統至關重要。本設計採用了功能強大的射頻晶元CC2430作為核心管理晶元，能較好地完成數據採集、分析、傳輸等多個功能。硬體的模塊化設計大大加強了節點的穩定性、可靠性和通用性，在野外無人值守的情況下無線感測器網路系統可以長期、穩定地進行環境方面的監測。
;2. 請推薦幾個無線收發的通信模塊!(因要做課程設計用)
http://www.china-rf.com/
處理器/無線電通信模塊
微型無線多跳智能無線通信模塊
克爾斯博向客戶提供三個系列的Mote處理器/無線通信模塊– MICAz (MPR2400),、MICA2 (MPR400),和 MICA2DOT (MPR500)。 MICAz工作在全球2.4GHz ISM 波段上且支持IEEE802.15.4 和 ZigBee協議標准。MICA2 和MICA2DOT 系列的產品有315、433、868/900MHz 配置上可用到並支持頻繁的靈活的操作。
這些模塊是為終端用戶和原始設備製造商應用而設計的。所有的模塊提供一個處理器，在處理器上運行基於TinyOS的代碼，雙向 ISM 波段無線通信收發器和一個能夠存儲100，000條記錄的存貯器。此外，這些模塊還提供增強的處理器能力，包括一個引導載入功能允許通過無線方式對mote中的代碼進行再編程。
無線測量系統，MICAz
MICAz數據表(PDF,English)
無線測量系統，MICAz
IEEE 802.15.4,微型無線測量系統
通過FCC認證
專為嵌入式感測器網路設計
250 kbps, 高數據率無線電通信
每個節點都具有路由器能力的無線通信
連接到光、溫度、相對濕度、氣壓、加速度計/地震、聲、磁場以及其它克爾斯博感測器板擴展插座
應用
室內建築監測和安全
聲音，視頻，振動和其它高速度感測器數據
大規模的感測器網路(1000個節點以上)
用於符合ZigBee規范的系統和感測器
MICA2系列（MPR4x0）
MICA2數據表(PDF,English)
無線測量系統, MICA2
第三代微型無線智能感測器
TinyOS - 空前的通信和處理
電池使用壽命大於一年（AA型電池，休眠模式）
每個節點都具有作為路由器的無線通訊能力
433,、868/916和 310 MHz 多波段的無線電通信收發器
光, 溫度, RH, 大氣壓力, 加速度計/地震的, 聲學的, 磁力的, 全球定位系統及其它可得到的感測器
新產品!用於MICA2 和 MTS300/MTS310的組合注模包裝. 查看包裝的圖片和動畫
應用
無線感測器網路
安全, 監視和軍事保護
環境監測
大規模無線網路(1000個節點以上)
分布式計算平台
MICA2DOT系列（MPR5x0）
MICA2DOT數據表(PDF,English)
無線測量系統, MICA2DOT
第三代25美分硬幣大小的無線智能感測器
TinyOS - 空前的通信和處理
電池供電- 低 Mass
隨意安裝, 無線再編程
每個節點都具有作為路由器的無線通訊能力
433、868/916與310 MHz 多波段無線電通信收發器(與MICA2/MPR4xx 系列兼容)
應用
微型無線感測器
溫度和環境監測
難以到達的地點的數據記錄
靈巧的徽章, 可配帶的處理
活躍的雙向 "靈巧的" 標簽
MCS Cricket 系列MCS410
MCS410CA 或 "Cricket Mote" 是一個有方向意識的 MICA2 處理器/無線電通信模塊，用一個 Ultrasound 和 RF 信號相結合來運行的。Cricket Mote是一個克爾斯博和MIT之間聯合開發的，並且也以Cricket V.2被大家所知。
3. 怎麼建立無線網連接
整個過程大概有以下幾步：首先你需要先申請一條入戶的寬頻線路，然後將入戶線路接入無線接入點（AP，類似於有線網路集線器的設備），最後在需要上網的計算機（台式機或筆記本電腦）上安裝相應類型介面的無線網卡（分別是USB介面和PCMCIA介面），形成一個以AP為中心有線網路的信號轉化為無線信號，它是整個無線網路的核心，它的位置決定了整個無線網輻射上網計算機的無線區域網。 首先需要做的是設置無線網路節點。無線網路節點的作用是將絡的信號強度和傳輸速率。強烈建議選擇一個不容易被阻擋，並且信號能覆蓋屋內所有角落的位置。將寬頻接入的網線連接到無線網路節點上。 我們選用的無線AP是D-Link的DWL-900AP+ 在查看無線網路節點的說明書後得知，它的IP地址為192.168.0.50，子網掩碼為255.255.255.0。要使電腦可以正常上網，必須將電腦的IP地址與無線網路節點保持在同一網段內。於是，我們在網路屬性裡面將電腦的無線網卡的IP地址設置為192.168.0.100，子網掩碼設置為255.255.255.0。打開無線網路節點後，無線網卡會自動搜尋到無線網路節點。 一般情況下，沒有加以設置的無線網路節點是沒有加密設置的，連接時可能會提示你是否要連接不安全的無線網路。先確認連接，等無線區域網連接成功後再進行安全加密。正常連接後，網路屬性中會顯示當前信號強度。 接下來，打開瀏覽器，在地址欄輸入無線網路節點的地址 http://192.168.0.50 ，在彈出的認證框內輸入說明書中所給出的無線網路節點的管理密碼，正確輸入後就可以進入無線網路節點的管理界面。強烈建議大家自行修改無線網路節點的管理密碼。 根據接入方式的不同，用戶需要將無線網路節點的IP地址設置為靜態或動態。這里採用的寬頻接入方式IP是動態的，所以將無線網路節點的IP地址設置為動態獲取。設置完畢後，保存設置並重新啟動無線網路節點。 現在，如果無線網路適配器能與無線網路節點正常連接，電腦就可以正常上網了。如果不能正常連接的話，就需要檢查一下網路設置或者是調整無線網路節點的位置。 到現在，安裝的過程並沒有結束。現在我們組建的無線區域網雖然實現了寬頻共享功能，但是卻非常不安全。你家附近鄰居的電腦只要安裝了無線網卡，就可以不知不覺地入侵你建立的這個無線區域網，甚至利用你的寬頻接入上網。為了保證無線網路的安全，你還有必要對網路進行加密。 WEP是802.11b無線網路最常用的加密手段。這里通過IE瀏覽器再次登陸無線網路節點的管理界面，找到安全選項後，選擇打開WEP加密功能，然後輸入一段16進制的字元（字元必須為0-9或a-f）作為加密字串（加密字串一定得記牢，遺失以後是沒有辦法連接無線網路節點的），根據WEP類型的不同，加密字串的位數也有區別。通常64位加密需要輸入10位數的字串，而128位加密需要輸入26位數的字串。保存設置後重新啟動無線網路節點。 重新啟動以後，無線網卡就無法與無線網路節點正常連接了。 現在就需要修改「無線網路連接屬性」。點擊「網上鄰居」的「屬性」進入「無線網路連接屬性」頁面，然後選擇「無線網路配置」。在可用網路里找到自己的無線網路節點，如果附近沒有其它的無線網路節點，那麼這里應該只列出一個網路，否則會將附近的其它無線網路也列出來。 接下來先點擊「屬性」，將「數據加密（WEP啟用）」這一項激活，然後在下面的「網路密鑰」和「確認網路密鑰」兩欄填入剛才設置的加密字串，點擊「確定」完成，此時，無線網卡就能夠與無線網路節點正確連接了。 通常無線網路節點可以同時與64台電腦或設備連接，因此將來添加電腦或設備也非常方便。現在你可以暢通無阻地開始你的無線上網生活了
4. 我想要一個系統晶元，用來設計無線感測器網路節點，存儲單元要大一點，通信模塊的發射距離大於100米
無線基站的晶元應該能滿足你的要求
5. 設計無線感測器網路的節點部署方案時必須考慮哪些問題
設計無線感測器網路節點需要遵循以下幾個主要的原則。
（1）微型化與低成本
由於無線感測器網路節點數量大，只有實現節點的微型化與低成本才有可能大規模部署與應用。因此節點的微型化與低成本一直是研究人員追求的主要目標之一。對於目標跟蹤與位置服務一類的應用來說，部署的無線感測器節點越密，定位精度就越高。對於醫療監控類的應用來說，微型節點容易被穿戴。實現節點的微型化與低成本需要考慮硬體與軟體兩個方面的因素，而關鍵是研製專用的片上系統（System on Chip，SoC）晶元。對於傳統的個人計算機，內存2GB、硬碟100GB已經是常見的配置，而一個典型的無線感測器節點的內存只有4kB、程序存儲空間只有10kB。正是因為感測器節點硬體配置的限制，所以節點的操作系統、應用軟體結構的設計與軟體編程都必須注意節約計算資源，不能夠超出節點硬體可能支持的范圍。
（2）低功耗
感測器節點在使用過程中受到電池能量的限制。在實際應用中，通常要求感測器節點數量很多，但是每個節點的體積很小，攜帶的電池能量十分有限。同時，由於無線感測器網路的節點數量多、成本低廉、部署區域的環境復雜，有些區域甚至人員不能到達，因此感測器節點通過更換電池來補充能源是不現實的。如何高效使用有限的電池能量，來最大化網路生命周期是無線感測器網路面臨的最大的挑戰。
感測器節點消耗能量的模塊包括：感測器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進步，處理器和感測器模塊的功耗變得很低。圖2-43給出了感測器節點各部分能量消耗情況。從圖中可以看出，感測器節點能量的絕大部分消耗在無線通信模塊。感測器節點發送信息消耗的電能比計算更大，傳輸1bit信號到相距100m的其他節點需要的能量相當於執行3000條計算指令消耗的能量。
圖2-43感測器節點各部分能量消耗情況無線通信模塊存在四種狀態：發送、接收、空閑和休眠。無線通信模塊在空閑狀態一直監聽無線信道的使用情況，檢查是否有數據發送給自己，而在休眠狀態則關閉通信模塊。從圖中可以看到，無線通信模塊在發送狀態的能量消耗最大；在空閑狀態和接收狀態的能量消耗接近，但略少於發送狀態的能量消耗；在休眠狀態的能量消耗最少。為讓網路通信更有效率，必須減少不必要的轉發和接收，不需要通信時盡快進入休眠狀態，這是設計無線感測器網路協議時需要重點考慮的問題。
（3）靈活性與可擴展性
無線感測器網路節點的靈活性與可擴展性表現在適應不同的應用系統，或部署在不同的應用場景中。例如，感測器節點可以用於森林防火的無線感測器網路中，也可以用於天然氣管道安全監控的無線感測器網路中；可以用於沙漠乾旱環境下天然氣管道安全監控，也可以用於沼澤地潮濕環境的安全監控；可以適應單一聲音感測器精確位置測量的應用，也可以適應溫度、濕度與聲音等多種感測器的應用；節點可以按照不同的應用需求，將不同的功能模塊自由配置到系統中，而不需重新設計新的感測器節點；節點的硬體設計必須考慮提供的外部介面，可以方便地在現有的節點上直接接入新的感測器。軟體設計必須考慮到可裁剪，可以方便地擴充功能，可以通過網路自動更新應用軟體。
（4）魯棒性
普通的計算機或PDA、智能手機可以通過經常性的人機交互來保證系統的正常運行。而無線感測器節點與傳統信息設備最大的區別是無人值守，一旦大量無線感測器節點被飛機拋灑或人工安置後，就需要獨立運行。即使是用於醫療健康的可穿戴節點，也需要獨立工作，使用者無法與其交互。對於普通的計算機，如果出現故障，人們可以通過重啟來恢復系統的工作狀態。而在無線感測器網路的設計中，如果一個節點崩潰，那麼剩餘的節點將按照自組網的思路，重新組成具有新拓撲的自組網。當剩餘的節點不能夠組成新的網路時，這個無線感測器網路就失效了。因此感測器節點的魯棒性是實現無線感測器網路長時間工作重要的保證。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html
6. 無線感測器網路節點結構主要包括什麼
感測器網路系統通常包括感測器節點（sensor）、匯聚節點（sink node）和管理節點。大量感測器節點隨機部署在監測區域（sensor field）內部或附近，能夠通過自組織方式構成網路。感測器節點監測的數據沿著其他感測器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經過多跳後路由到匯聚節點，最後通過互聯網或衛星到達管理節點。用戶通過管理節點對感測器網路進行配置和管理，發布監測任務以及收集監測數據。
感測器網路節點的組成和功能包括如下四個基本單元：感測單元（由感測器和模數轉換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統構成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統等）、通信單元（由無線通信模塊組成）、以及電源部分。此外，可以選擇的其它功能單元包括：定位系統、運動系統以及發電裝置等。
7. 無線區域網如何建立,需要些什麼設備及如何設置
第一：首先需要做的是設置無線網路節點。無線網路節點的作用是將絡的信號強度和傳輸速率。強烈建議選擇一個不容易被阻擋，並且信號能覆蓋屋內所有角落的位置。將寬頻接入的網線連接到無線網路節點上，也就你是無線路由的WAN口。
第二。你建立的是無線區域網，必須要一台無線路由器或帶有無線路由功能的設備也行。（我還是建議選用無線AP
D-Link的DWL-900AP+設備）
第四：如果電腦才用手動分配IP。就要把每個IP設置到一個網段。如：192.168.0.4---192.168.0.100,
子網掩碼：255.255.255.0
默認網關：根據你路由器的，網關而定。如（DWL-900AP+設備的默認網關是192.168.0.50）那你PC的默認網關。就是192.168.0.50.當然默認網關是可以更改的。
第五：一般我們買回來的傻瓜路由，上面都帶，DHCP功能。你要是啟用DHCP。那第四步，你也可以省去。但注意PC機，必須是自動獲取。在DHCP，地址池裡輸入。你所需幾個節點，所需要的多少個IP。如。你有20個節點，上網。那就是：192.168.0.53---192.168.0.73.
搭建無線的區域網。和有線差不多。大同小異。就是設備不同罷了，祝君好運~~！
8. 無線區域網絡的設計論文
很簡單就能實現吧，外網通過光纖或者你說的ADSL來實現，可以通過設置代理伺服器來代理外網（一般企業都是通過代理伺服器，可以設置很全面的上網許可權，一般路由上的許可權設置相對簡單），或者通過路由器直接上網，往下級聯通過交換機，看你的網路大小設置，當然也可以通過在交換機上設置vlan來達到區分，可以有效防止網路arp等的泛濫導致整個網路癱瘓，再交換機上看區域分布無線ap來實現無線上網，IP地址的獲取的話盡可能給伺服器或者總的路由來分配，當然也可以給末端的路由來分配，那樣的話可能就是不同辦公室的區域網不通了。
9. 無線校園網路的方案設計
4.1詳細設計
作為校園無線網，需要連接多少個節點，怎樣利用網路設備使得分布在不同地理位置的節點連接到一個統一的網路中來，怎樣使得整個網路中的節點相互連通，這些問題僅僅是校園網需要解決問題中的一部分。
考慮在此校園網路工程建設中，針對XX學院的實際需求，主幹鏈路採用1000M光纖，接入層採用10/100M到用戶.同時，針對XX學院無線覆蓋的需求，在圖書館，教學樓，會議室，禮堂等區域採用108M高性能無線AP，實現室內及室外無線信號覆蓋。對於學校管理用戶，為了提高網路管理效率，提供網路管理軟體NMS100，極大的方便了用戶日常管理以及故障檢測。根據用戶的實際需求，校園網工程共采購美國NETGEAR公司一台三層萬兆光纖交換機GSM7328FS作為中心交換機，51台二層全網管交換機FSM726作為接入層交換機，1套網路管理軟體NMS100以及一期60台108M無線區域網接入點WG302 AP設備。
由於校園面積廣大，各個教學樓同校園網路中心均採用光纖連接，此次網路工程，網路中心共需要20路光纖鏈路.基於高密度光纖連接的需求，XX學院選擇了美國網件GSM7328FS作為網路核心光纖接入交換機.GSM7328FS可以提供24路光纖鏈路接入，同時可以提供4路萬兆光纖接入，完全滿足XX學院的網路需求。
無線網路設備採用美國網件公司高性能108M無線AP－WG302，實現樓宇無線室內覆蓋，對應操場等開闊區域採用高增益全向天線實現無線覆蓋。Netgear WG302功能強大，支持8路虛擬Vlan功能，同一個AP下關聯的用戶，分別具備不同的網路許可權.可以有效的在人員復雜區域提供安全，高效的無線網路連接。
