1. 无线传感器网络节点硬件的模块化设计
无线传感器网络节点硬件的模块化设计
随着人们对于环境监测要求的不断提高，无线传感器网络技术以其投资成本低、架设方便、可靠性高的性能优势得到了比较广泛的应用。由于无线传感器网络节点需要实现采集、处理、通信等多个功能，因此硬件上采用模块化设计可以大大提高网络节点的稳定性和安全性。那么下面我就来讨论一下无线传感器网络节点硬件的模块化设计。
1 CC2430芯片简介
CC2430是一款工作在2.4 GHz免费频段上，支持IEEE 802.15.4标准的无线收发芯片。该芯片具有很高的集成度，体积小功耗低。单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。CC2430拥有1个8位MCU(8051)，8 KB的RAM，32 KB、64 KB或128 KB的Flash，还包含模拟数字转换器(ADC)，4个定时器(Timer)，AESl28协处理器，看门狗定时器(Watchdog-timer)，32.768 kHz晶振的休眠模式定时器，上电复位电路(Power-on-Reset)，掉电检测电(Brown-out-Detection)，以及21个可编程I/O接口。
CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA;在接收和发射模式下，电流损耗分别为26.7 mA和26.9 mA;休眠时电流为O.5 μA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
2 无线传感器网络系统结构
整个无线传感器网络由若干采集节点、1个汇聚节点、1个中转器、1个上位机控制中心组成，系统结构如图1所示。无线传感器网络采集节点完成数据采集、预处理和通信工作;汇聚节点负责网络的发起和维护，收集并上传数据，将中转器下发的命令通告采集节点;中转器负责上传收集到的数据并将控制中心发出的命令信息传递给汇聚节点;控制中心负责处理最终上传数据，并且可以由用户下达网络的操作命令。
采集节点和汇聚节点由CC2430作为控制核心，采集节点可采集并传递数据，汇聚节点负责收集所有采集节点采集到的数据。中转器采用ARM处理器作为控制核心，和汇聚节点采用串口通信，以GPRS通信方式和上位机控制中心进行交互。上位机控制中心实现人机交互，可以处理、显示上传的数据并且可以直接由客户下达网络动作执行命令。
3 节点模块化设计
汇聚节点和采集节点在硬件配置上基本相同，采用模块化设计使得设计通用性更好。
每个节点主要由控制模块、无线模块、采集模块、电源模块4部分构成。
3.1 控制模块
控制模块主要由CC2430及其外围电路构成，完成对采集数据的处理、存储以及收发工作，并对电源模块进行管理。芯片CC2430包括21个可编程I/0口，其中8路A/D接口，可满足多路传感器的采集、处理需求。CC2430自带了一个复位接口，外接一个复位按键可以实现硬件初始化系统。32 MHz晶振提供系统时钟，32.768 kHz晶振供系统休眠时使用。
节点选用芯片FM25L256作为存储设备，这是一款256 Kb铁电存储器，其SPI接口频率高达25 MHz，低功耗运行以及10年的数据保持力保证了节点数据存储的低成本以及可靠性。
3.2 无线模块
无线模块负责节点间数据和命令的传输，因此，合理设计无线模块是节点稳定、高效通信的重要保证。
TI公司提供了一个适用于CC2430的微带巴伦电路，这个设计把无线电RF引脚差分信号的阻抗转换为单端50 Ω。由于该电路直接影响节点的通信质量，在使用前必须对其进行仿真验证。设计中选用ADS仿真软件进行仿真，采用了版图和原理图的联合仿真方法。仿真电路图如图5所示，微带电路为TI提供的微带巴伦电路，分立元件均选自村田公司元件库内的模型，严格保证了仿真数据的`真实性和可靠性。巴伦电路在工作频段内(2.400～2.4835 GHz)信号传输特性高效、稳定。
3.3 采集模块
采集模块负责采集数据并调理数据信号。本设计中，监测的是土壤的温度和湿度数据，采用的传感器是PTWD-3A型土壤温度传感器以及TDR-3型土壤水分传感器。
PTWD-3A型土壤温度传感器采用精密铂电阻作为感应部件，其阻值随温度变化而变化。为了准确地进行测量，采用四线法测量电阻原理，将电阻信号调理成CC2430芯片A/D通道能采样的电压信号。由P354运算放大器、高精度精密贴片电阻以及2.5 V电源构成10 mA恒流源。10 mA的电流环流经传感器电阻R1、R2将电阻信号转换成为电压信号，由差分放大器LT1991一倍增益将信号转换为单端输出送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。
TDR-3型土壤水分传感器输出信号即为电压信号。传感器输出信号通过P354运算放大器送入CC2430芯片的ADC通道进行采样。
3.4 电源模块
电源模块负责调理电压、分配能量，分为充电管理模块、双电源切换管理模块、电压转换模块3个模块。本设计中采用额定电压12 V、电容量3 Ah的铅酸电池供电。
作为环境监测的无线传感器网络应用，节点需要在野外无人看守的情况下进行工作，能量补给是系统持续工作的重要保证。本设计采用太阳能电池板为节点在野外工作时进行电能的补给，充电管理模块则是根据日照情况以及电池能量状态对铅酸电池进行合理、有效的充电。光电耦合器TLP521-100和场效应管Q共同构成了充电模块的开关电路，可以由CC2430芯片的I/0口很方便地进行控制。
在太阳能电池板对电池充电时，电池不能对系统进行供电，因此设计中采用了双电源供电方式，保持“一充一供”的工作状态，双电源切换管理模块负责电源的安全、快速切换。如图10所示，采用了两个开关电路对两块电源进行切换。
在电源进行切换时，总是先打开处于闲置状态的电源，再关闭正在为系统供电的电源，因此会在一段短暂的时间内同时有两个电源对系统供电，这是为了防止系统出现掉电情况。
电源模块需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多组电源以满足节点各模块的供能需求。由于系统电源组较多，电压转换模块采用了开关型降压稳压器以及低压差线性稳压器等多种电压转换芯片来对电源进行电压转换，同时要确保电源模块供能的高效性。
结语
节点的设计对整个无线传感器网络系统至关重要。本设计采用了功能强大的射频芯片CC2430作为核心管理芯片，能较好地完成数据采集、分析、传输等多个功能。硬件的模块化设计大大加强了节点的稳定性、可靠性和通用性，在野外无人值守的情况下无线传感器网络系统可以长期、稳定地进行环境方面的监测。
;2. 请推荐几个无线收发的通信模块!(因要做课程设计用)
http://www.china-rf.com/
处理器/无线电通信模块
微型无线多跳智能无线通信模块
克尔斯博向客户提供三个系列的Mote处理器/无线通信模块– 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协议标准。MICA2 和MICA2DOT 系列的产品有315、433、868/900MHz 配置上可用到并支持频繁的灵活的操作。
这些模块是为终端用户和原始设备制造商应用而设计的。所有的模块提供一个处理器，在处理器上运行基于TinyOS的代码，双向 ISM 波段无线通信收发器和一个能够存储100，000条记录的存贮器。此外，这些模块还提供增强的处理器能力，包括一个引导加载功能允许通过无线方式对mote中的代码进行再编程。
无线测量系统，MICAz
MICAz数据表(PDF,English)
无线测量系统，MICAz
IEEE 802.15.4,微型无线测量系统
通过FCC认证
专为嵌入式传感器网络设计
250 kbps, 高数据率无线电通信
每个节点都具有路由器能力的无线通信
连接到光、温度、相对湿度、气压、加速度计/地震、声、磁场以及其它克尔斯博传感器板扩展插座
应用
室内建筑监测和安全
声音，视频，振动和其它高速度传感器数据
大规模的传感器网络(1000个节点以上)
用于符合ZigBee规范的系统和传感器
MICA2系列（MPR4x0）
MICA2数据表(PDF,English)
无线测量系统, MICA2
第三代微型无线智能传感器
TinyOS - 空前的通信和处理
电池使用寿命大于一年（AA型电池，休眠模式）
每个节点都具有作为路由器的无线通讯能力
433,、868/916和 310 MHz 多波段的无线电通信收发器
光, 温度, RH, 大气压力, 加速度计/地震的, 声学的, 磁力的, 全球定位系统及其它可得到的传感器
新产品!用于MICA2 和 MTS300/MTS310的组合注模包装. 查看包装的图片和动画
应用
无线传感器网络
安全, 监视和军事保护
环境监测
大规模无线网络(1000个节点以上)
分布式计算平台
MICA2DOT系列（MPR5x0）
MICA2DOT数据表(PDF,English)
无线测量系统, MICA2DOT
第三代25美分硬币大小的无线智能传感器
TinyOS - 空前的通信和处理
电池供电- 低 Mass
随意安装, 无线再编程
每个节点都具有作为路由器的无线通讯能力
433、868/916与310 MHz 多波段无线电通信收发器(与MICA2/MPR4xx 系列兼容)
应用
微型无线传感器
温度和环境监测
难以到达的地点的数据记录
灵巧的徽章, 可配带的处理
活跃的双向 "灵巧的" 标签
MCS Cricket 系列MCS410
MCS410CA 或 "Cricket Mote" 是一个有方向意识的 MICA2 处理器/无线电通信模块，用一个 Ultrasound 和 RF 信号相结合来运行的。Cricket Mote是一个克尔斯博和MIT之间联合开发的，并且也以Cricket V.2被大家所知。
3. 怎么建立无线网连接
整个过程大概有以下几步：首先你需要先申请一条入户的宽带线路，然后将入户线路接入无线接入点（AP，类似于有线网络集线器的设备），最后在需要上网的计算机（台式机或笔记本电脑）上安装相应类型接口的无线网卡（分别是USB接口和PCMCIA接口），形成一个以AP为中心有线网络的信号转化为无线信号，它是整个无线网络的核心，它的位置决定了整个无线网辐射上网计算机的无线局域网。 首先需要做的是设置无线网络节点。无线网络节点的作用是将络的信号强度和传输速率。强烈建议选择一个不容易被阻挡，并且信号能覆盖屋内所有角落的位置。将宽带接入的网线连接到无线网络节点上。 我们选用的无线AP是D-Link的DWL-900AP+ 在查看无线网络节点的说明书后得知，它的IP地址为192.168.0.50，子网掩码为255.255.255.0。要使电脑可以正常上网，必须将电脑的IP地址与无线网络节点保持在同一网段内。于是，我们在网络属性里面将电脑的无线网卡的IP地址设置为192.168.0.100，子网掩码设置为255.255.255.0。打开无线网络节点后，无线网卡会自动搜寻到无线网络节点。 一般情况下，没有加以设置的无线网络节点是没有加密设置的，连接时可能会提示你是否要连接不安全的无线网络。先确认连接，等无线局域网连接成功后再进行安全加密。正常连接后，网络属性中会显示当前信号强度。 接下来，打开浏览器，在地址栏输入无线网络节点的地址 http://192.168.0.50 ，在弹出的认证框内输入说明书中所给出的无线网络节点的管理密码，正确输入后就可以进入无线网络节点的管理界面。强烈建议大家自行修改无线网络节点的管理密码。 根据接入方式的不同，用户需要将无线网络节点的IP地址设置为静态或动态。这里采用的宽带接入方式IP是动态的，所以将无线网络节点的IP地址设置为动态获取。设置完毕后，保存设置并重新启动无线网络节点。 现在，如果无线网络适配器能与无线网络节点正常连接，电脑就可以正常上网了。如果不能正常连接的话，就需要检查一下网络设置或者是调整无线网络节点的位置。 到现在，安装的过程并没有结束。现在我们组建的无线局域网虽然实现了宽带共享功能，但是却非常不安全。你家附近邻居的电脑只要安装了无线网卡，就可以不知不觉地入侵你建立的这个无线局域网，甚至利用你的宽带接入上网。为了保证无线网络的安全，你还有必要对网络进行加密。 WEP是802.11b无线网络最常用的加密手段。这里通过IE浏览器再次登陆无线网络节点的管理界面，找到安全选项后，选择打开WEP加密功能，然后输入一段16进制的字符（字符必须为0-9或a-f）作为加密字串（加密字串一定得记牢，遗失以后是没有办法连接无线网络节点的），根据WEP类型的不同，加密字串的位数也有区别。通常64位加密需要输入10位数的字串，而128位加密需要输入26位数的字串。保存设置后重新启动无线网络节点。 重新启动以后，无线网卡就无法与无线网络节点正常连接了。 现在就需要修改“无线网络连接属性”。点击“网上邻居”的“属性”进入“无线网络连接属性”页面，然后选择“无线网络配置”。在可用网络里找到自己的无线网络节点，如果附近没有其它的无线网络节点，那么这里应该只列出一个网络，否则会将附近的其它无线网络也列出来。 接下来先点击“属性”，将“数据加密（WEP启用）”这一项激活，然后在下面的“网络密钥”和“确认网络密钥”两栏填入刚才设置的加密字串，点击“确定”完成，此时，无线网卡就能够与无线网络节点正确连接了。 通常无线网络节点可以同时与64台电脑或设备连接，因此将来添加电脑或设备也非常方便。现在你可以畅通无阻地开始你的无线上网生活了
4. 我想要一个系统芯片，用来设计无线传感器网络节点，存储单元要大一点，通信模块的发射距离大于100米
无线基站的芯片应该能满足你的要求
5. 设计无线传感器网络的节点部署方案时必须考虑哪些问题
设计无线传感器网络节点需要遵循以下几个主要的原则。
（1）微型化与低成本
由于无线传感器网络节点数量大，只有实现节点的微型化与低成本才有可能大规模部署与应用。因此节点的微型化与低成本一直是研究人员追求的主要目标之一。对于目标跟踪与位置服务一类的应用来说，部署的无线传感器节点越密，定位精度就越高。对于医疗监控类的应用来说，微型节点容易被穿戴。实现节点的微型化与低成本需要考虑硬件与软件两个方面的因素，而关键是研制专用的片上系统（System on Chip，SoC）芯片。对于传统的个人计算机，内存2GB、硬盘100GB已经是常见的配置，而一个典型的无线传感器节点的内存只有4kB、程序存储空间只有10kB。正是因为传感器节点硬件配置的限制，所以节点的操作系统、应用软件结构的设计与软件编程都必须注意节约计算资源，不能够超出节点硬件可能支持的范围。
（2）低功耗
传感器节点在使用过程中受到电池能量的限制。在实际应用中，通常要求传感器节点数量很多，但是每个节点的体积很小，携带的电池能量十分有限。同时，由于无线传感器网络的节点数量多、成本低廉、部署区域的环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，因此传感器节点通过更换电池来补充能源是不现实的。如何高效使用有限的电池能量，来最大化网络生命周期是无线传感器网络面临的最大的挑战。
传感器节点消耗能量的模块包括：传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的进步，处理器和传感器模块的功耗变得很低。图2-43给出了传感器节点各部分能量消耗情况。从图中可以看出，传感器节点能量的绝大部分消耗在无线通信模块。传感器节点发送信息消耗的电能比计算更大，传输1bit信号到相距100m的其他节点需要的能量相当于执行3000条计算指令消耗的能量。
图2-43传感器节点各部分能量消耗情况无线通信模块存在四种状态：发送、接收、空闲和休眠。无线通信模块在空闲状态一直监听无线信道的使用情况，检查是否有数据发送给自己，而在休眠状态则关闭通信模块。从图中可以看到，无线通信模块在发送状态的能量消耗最大；在空闲状态和接收状态的能量消耗接近，但略少于发送状态的能量消耗；在休眠状态的能量消耗最少。为让网络通信更有效率，必须减少不必要的转发和接收，不需要通信时尽快进入休眠状态，这是设计无线传感器网络协议时需要重点考虑的问题。
（3）灵活性与可扩展性
无线传感器网络节点的灵活性与可扩展性表现在适应不同的应用系统，或部署在不同的应用场景中。例如，传感器节点可以用于森林防火的无线传感器网络中，也可以用于天然气管道安全监控的无线传感器网络中；可以用于沙漠干旱环境下天然气管道安全监控，也可以用于沼泽地潮湿环境的安全监控；可以适应单一声音传感器精确位置测量的应用，也可以适应温度、湿度与声音等多种传感器的应用；节点可以按照不同的应用需求，将不同的功能模块自由配置到系统中，而不需重新设计新的传感器节点；节点的硬件设计必须考虑提供的外部接口，可以方便地在现有的节点上直接接入新的传感器。软件设计必须考虑到可裁剪，可以方便地扩充功能，可以通过网络自动更新应用软件。
（4）鲁棒性
普通的计算机或PDA、智能手机可以通过经常性的人机交互来保证系统的正常运行。而无线传感器节点与传统信息设备最大的区别是无人值守，一旦大量无线传感器节点被飞机抛洒或人工安置后，就需要独立运行。即使是用于医疗健康的可穿戴节点，也需要独立工作，使用者无法与其交互。对于普通的计算机，如果出现故障，人们可以通过重启来恢复系统的工作状态。而在无线传感器网络的设计中，如果一个节点崩溃，那么剩余的节点将按照自组网的思路，重新组成具有新拓扑的自组网。当剩余的节点不能够组成新的网络时，这个无线传感器网络就失效了。因此传感器节点的鲁棒性是实现无线传感器网络长时间工作重要的保证。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html
6. 无线传感器网络节点结构主要包括什么
传感器网络系统通常包括传感器节点（sensor）、汇聚节点（sink node）和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测区域（sensor field）内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。
传感器网络节点的组成和功能包括如下四个基本单元：传感单元（由传感器和模数转换功能模块组成）、处理单元（由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等）、通信单元（由无线通信模块组成）、以及电源部分。此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、运动系统以及发电装置等。
7. 无线局域网如何建立,需要些什么设备及如何设置
第一：首先需要做的是设置无线网络节点。无线网络节点的作用是将络的信号强度和传输速率。强烈建议选择一个不容易被阻挡，并且信号能覆盖屋内所有角落的位置。将宽带接入的网线连接到无线网络节点上，也就你是无线路由的WAN口。
第二。你建立的是无线局域网，必须要一台无线路由器或带有无线路由功能的设备也行。（我还是建议选用无线AP
D-Link的DWL-900AP+设备）
第四：如果电脑才用手动分配IP。就要把每个IP设置到一个网段。如：192.168.0.4---192.168.0.100,
子网掩码：255.255.255.0
默认网关：根据你路由器的，网关而定。如（DWL-900AP+设备的默认网关是192.168.0.50）那你PC的默认网关。就是192.168.0.50.当然默认网关是可以更改的。
第五：一般我们买回来的傻瓜路由，上面都带，DHCP功能。你要是启用DHCP。那第四步，你也可以省去。但注意PC机，必须是自动获取。在DHCP，地址池里输入。你所需几个节点，所需要的多少个IP。如。你有20个节点，上网。那就是：192.168.0.53---192.168.0.73.
搭建无线的局域网。和有线差不多。大同小异。就是设备不同罢了，祝君好运~~！
8. 无线局域网络的设计论文
很简单就能实现吧，外网通过光纤或者你说的ADSL来实现，可以通过设置代理服务器来代理外网（一般企业都是通过代理服务器，可以设置很全面的上网权限，一般路由上的权限设置相对简单），或者通过路由器直接上网，往下级联通过交换机，看你的网络大小设置，当然也可以通过在交换机上设置vlan来达到区分，可以有效防止网络arp等的泛滥导致整个网络瘫痪，再交换机上看区域分布无线ap来实现无线上网，IP地址的获取的话尽可能给服务器或者总的路由来分配，当然也可以给末端的路由来分配，那样的话可能就是不同办公室的局域网不通了。
9. 无线校园网络的方案设计
4.1详细设计
作为校园无线网，需要连接多少个节点，怎样利用网络设备使得分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中来，怎样使得整个网络中的节点相互连通，这些问题仅仅是校园网需要解决问题中的一部分。
考虑在此校园网络工程建设中，针对XX学院的实际需求，主干链路采用1000M光纤，接入层采用10/100M到用户.同时，针对XX学院无线覆盖的需求，在图书馆，教学楼，会议室，礼堂等区域采用108M高性能无线AP，实现室内及室外无线信号覆盖。对于学校管理用户，为了提高网络管理效率，提供网络管理软件NMS100，极大的方便了用户日常管理以及故障检测。根据用户的实际需求，校园网工程共采购美国NETGEAR公司一台三层万兆光纤交换机GSM7328FS作为中心交换机，51台二层全网管交换机FSM726作为接入层交换机，1套网络管理软件NMS100以及一期60台108M无线局域网接入点WG302 AP设备。
由于校园面积广大，各个教学楼同校园网络中心均采用光纤连接，此次网络工程，网络中心共需要20路光纤链路.基于高密度光纤连接的需求，XX学院选择了美国网件GSM7328FS作为网络核心光纤接入交换机.GSM7328FS可以提供24路光纤链路接入，同时可以提供4路万兆光纤接入，完全满足XX学院的网络需求。
无线网络设备采用美国网件公司高性能108M无线AP－WG302，实现楼宇无线室内覆盖，对应操场等开阔区域采用高增益全向天线实现无线覆盖。Netgear WG302功能强大，支持8路虚拟Vlan功能，同一个AP下关联的用户，分别具备不同的网络权限.可以有效的在人员复杂区域提供安全，高效的无线网络连接。
