下载文档原格式
无线传感器网络节点的设计与实现的开题报告题目：无线传感器网络节点的设计与实现一、研究背景无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由大量节点构成的自组织网络，这些节点都是能够自主收集环境信息并进行处理和传输的设备。
传感器节点的设计是无线传感器网络的核心问题，对于节点的设计和实现可以影响整个无线传感器网络的性能。
目前，无线传感器网络的应用范围越来越广泛，包括环境监测、智能交通、智能家居、医疗健康、农业等领域。
不同应用场景所需要的节点功能和性能也各不相同，因此，节点的设计和实现必须根据实际应用场景进行定制。
二、研究内容本文将重点研究无线传感器网络节点的设计和实现，包括以下内容：1. 无线传感器网络节点的硬件设计：研究无线传感器网络节点所需的硬件组成和设计方法，包括传感器、单片机、射频模块、电源等方面的设计。
2. 无线传感器网络节点的通信协议设计：研究节点间的数据通信协议的设计，包括MAC协议、网络层协议、传输层协议等方面的设计。
3. 无线传感器网络节点的软件设计：研究无线传感器网络节点所需的软件组成和设计方法，包括操作系统、驱动程序、应用程序等方面的设计。
4. 无线传感器网络节点的应用场景设计：研究无线传感器网络节点在不同应用场景下的设计方法和实现技术。
三、研究方法本文将采用以下研究方法：1. 文献调研法：结合相关领域的论文和研究报告，系统地分析该领域的发展现状和研究热点，对无线传感器网络节点的设计和实现进行总结和归纳。
2. 实验研究法：采用实验室实验的方法，对节点的硬件、软件、通信协议进行设计和实现，并进行实验验证。
3. 仿真模拟法：利用仿真软件对无线传感器网络节点的通信协议进行模拟和仿真，分析协议的性能和可行性。
四、研究目标和意义本文的研究目标是探究无线传感器网络节点的设计和实现技术，提出一套完整的无线传感器网络节点设计方案，并利用实验和仿真等方法对该方案进行验证和评估。
0引言目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也较高，不适于短距离无线通信。
ZigBee 技术的出现就弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，大大减少资源的浪费，且有很大的发展前景。
ZigBee 技术是在IEEE 802.15.4协议标准的基础上扩展起来的，是一种短距离、低功耗、低传输速率的无线通信技术。
该技术主要针对低速率传感器网络而提出，能够满足小型化、低成本设备的无线联网要求，可广泛应用于工业、农业和日常生活中。
ZigBee 无线网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三中拓扑结构。
ZigBee 网络有两种类型的多点接入机制。
在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，任何时候都允许所有节点发送。
在使能信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。
协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。
在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。
超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。
1无线传感器网络节点硬件设计本文采用集成MCU+射频收发模块的SOC 设计方式，这种组合方式的兼容性与芯片之间的数据传输可靠性强，而且能实现节点的更微小化和极低的功耗。
1.1无线传感器网络节点组成无线传感器网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源管理模块组成，如图1所示。
数据采集单元用来采集区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度及大气压力等；数据处理单元控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理等；数据传输单元用于与其他节点进行无线通信、交换控制消息及收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器。
1.2CC2430模块本文采用CC2430芯片为核心来设计传感器节点。
CC2430芯片是挪威Chipcon 公司推出的符合IEEE 802.15.4标准ZigBee 协议的Soc 解决方案。
无线传感器网络的设计与实现在当今科技飞速发展的时代，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经成为了一个备受关注的研究领域，并在众多应用场景中发挥着重要作用。
无线传感器网络是由大量的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式形成一个自组织的网络，能够实现对监测区域内的物理信息，如温度、湿度、压力、光照等的感知、采集和传输。
无线传感器网络的设计是一个复杂而具有挑战性的任务，需要综合考虑多个方面的因素，包括传感器节点的硬件设计、网络拓扑结构的选择、通信协议的制定、能量管理策略的设计以及数据处理和传输的算法等。
在传感器节点的硬件设计方面，需要考虑到传感器的类型和性能、微处理器的计算能力、无线通信模块的传输距离和功耗、电源管理模块的效率以及存储模块的容量等。
例如，对于监测环境温度的应用，可能需要选择精度较高、响应速度较快的温度传感器；而对于需要长时间运行且能量供应有限的场景，就需要选择低功耗的微处理器和高效的电源管理芯片。
网络拓扑结构的选择对于无线传感器网络的性能和可靠性有着重要影响。
常见的拓扑结构包括星型、树形、网状等。
星型拓扑结构简单，易于管理，但中心节点的负担较重，一旦中心节点出现故障，整个网络可能会瘫痪；树形拓扑结构可以有效地扩展网络覆盖范围，但对节点的路由能力要求较高；网状拓扑结构则具有较高的可靠性和容错性，但网络管理和控制较为复杂。
在实际应用中，往往需要根据具体的监测需求和环境条件来选择合适的拓扑结构。
通信协议的制定是无线传感器网络设计中的关键环节之一。
由于传感器节点的能量有限，通信协议需要在保证数据可靠传输的前提下，尽可能地降低功耗。
例如，采用低功耗的无线通信技术，如 ZigBee、Bluetooth Low Energy 等；优化数据包的格式和大小，减少不必要的开销；采用睡眠机制，让节点在不需要通信时进入低功耗状态等。
能量管理策略对于延长无线传感器网络的生命周期至关重要。
简述无线传感器硬件节点的设计特点及要求无线传感器硬件节点是无线传感器网络中的关键组成部分，它通过收集环境中的数据并将其传输到网络中的其他节点或基站。
设计无线传感器硬件节点时需要考虑以下特点和要求：
1. 小型化：由于无线传感器通常需要部署在各种环境中，所以硬件节点需要尽可能小型化，以便能够方便地安装在不同的位置。
2. 低功耗：由于无线传感器通常使用电池作为能源来源，所以硬件节点的设计需要具有低功耗的特点，以延长电池寿命，并减少更换电池的频率。
3. 自组织和自适应：无线传感器网络通常由大量的节点组成，节点之间需要能够自组织和自适应，以适应网络拓扑的变化和节点的不断加入或退出。
4. 多功能性：硬件节点通常需要集成多种传感器，以便能够收集多种类型的数据。
同时，硬件节点还需要能够处理和存储数据，并支持无线通信功能。
5. 安全性：由于无线传感器网络通常用于监测和收集敏感信息，硬件节点的设计需要具有一定的安全性保障，以防止数据泄露或被未经
授权的人员访问。
6. 高可靠性：无线传感器网络通常需要长期运行，所以硬件节点的设计需要具有高可靠性，以确保节点能够稳定运行，并在出现故障时能够快速恢复。
7. 低成本：由于无线传感器节点通常需要大量部署，所以硬件节点的设计需要具有低成本的特点，以降低整体部署的成本。
总之，无线传感器硬件节点的设计特点和要求需要综合考虑节点的尺寸、功耗、自组织性、多功能性、安全性、可靠性和成本等方面的因素，以满足不同应用场景下的需求。
随着无线传感器网络技术的不断发展，未来的硬件节点设计可能还会涉及更多的创新和改进。
1 系统结构概述本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。
根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D 单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。
节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。
图1-1传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。
2 节点核心模块设计：2-1电源模块设计：电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。
节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了图2-1-1 提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。
电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V 和1.8V 的数字与模拟电压，电路如图2-1-1 所示。
2-2传感器模块设计：温度传感器设计：本设计采用LM75DM-33R2串行可编程温度传感器，这种传感器在环境温度超出用户变成设置时通知主控制器。
滞后也是可以编程解决。
它采用 2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。
它是数字型温度传感器，直接从寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。
图2-2-1 是其功能图，因为设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2 所示。
图2-2-1图2-2-2因为cc2431 本身带有A/D 模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3 。
物联网中的无线传感器网络设计与实现物联网是指通过互联网技术将各种物理设备连接起来，实现互联互通的网络系统。
而无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是物联网的一个重要组成部分，它由大量分布在被监测区域内的传感器节点组成，通过无线通信传输数据，实现对环境的监测和信息的收集。
本文将探讨物联网中的无线传感器网络设计与实现。
一、无线传感器网络的特点和应用场景在开始讨论无线传感器网络的设计与实现之前，我们首先需要了解无线传感器网络的特点和应用场景。
无线传感器网络具有以下几个主要特点：1. 大规模部署：无线传感器网络通常由数百甚至上千个节点组成，节点之间通过无线通信进行数据传输。
2. 能耗限制：传感器节点通常由电池供电，能耗是一个关键问题。
因此，在设计无线传感器网络时，需要考虑如何降低能耗，延长节点的寿命。
3. 自组织和自适应：无线传感器网络中的节点往往是自组织的，它们通过协作和自适应的方式工作。
节点能够自主选择最佳的通信路径，实现网络的自我组织和优化。
无线传感器网络的应用场景非常广泛，包括环境监测、农业、交通、医疗等领域。
例如，无线传感器网络可以用于监测气象信息、农作物的生长情况、交通流量等，为决策提供重要的数据支持。
二、无线传感器网络的设计原则在进行无线传感器网络的设计和实现时，需要遵循一些基本的设计原则，以确保网络的高效性和可靠性。
1. 节点布置和拓扑结构：合理的节点布置和拓扑结构是无线传感器网络设计的基础。
节点的布置应该尽可能均匀，同时考虑到被监测区域的特点，选择合适的拓扑结构（如星型、网状等）。
2. 能耗控制：由于传感器节点的能量供应通常有限，需要采取措施降低能耗。
例如，通过设计低功耗的传感器节点硬件、优化数据传输协议等方式来延长节点的寿命。
3. 数据传输和处理：传感器节点采集到的数据需要传输到网络中进行处理和分析。
因此，需要设计高效的数据传输协议，确保数据的可靠传输和及时处理。
物联网的关键技术无线传感器网络物联网的关键技术：无线传感器网络摘要：物联网的发展推动了无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的快速发展，成为物联网的重要支撑技术之一。
本文将围绕无线传感器网络的概念、架构、节点设计与通信协议等方面进行探讨，并阐述在物联网中无线传感器网络的关键技术。
一、无线传感器网络的概念无线传感器网络是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统，节点之间通过无线通信进行数据传输。
每个传感器节点通常由传感器、嵌入式处理器、电源和通信模块等组成，能够感知和采集环境中的各种信息，并将数据传输至网络中。
二、无线传感器网络的架构无线传感器网络的架构一般包括传感器节点、中继节点、基站节点等。
传感器节点负责采集环境数据，并通过无线通信将数据传输至中继节点。
中继节点对数据进行处理和转发，将数据传输至基站节点。
基站节点负责数据的接收与处理，并可以与外界网络进行通信。
三、无线传感器网络的节点设计1. 能源管理：由于无线传感器节点通常采用电池供电，节点应具备低功耗特性。
节点设计中应考虑功耗优化技术，如睡眠模式、动态功率管理等，以延长传感器节点的工作寿命。
2. 传感器选择：根据应用需求选择合适的传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。
同时，还需考虑传感器的精确度、功耗、可靠性等指标。
3. 硬件设计：节点的硬件设计应满足小尺寸、低功耗的要求。
采用先进的制造工艺和集成电路设计，以提高性能并降低节点成本。
四、无线传感器网络的通信协议1. 网络层协议：常用的网络层协议包括LEACH、PEGASIS、SEP 等。
这些协议通过节点选择、数据聚合等技术，提高了传感器网络的能效和可扩展性。
2. 传输层协议：传输层协议用于数据的可靠传输。
常用的传输层协议有RTP、UDP、TCP等。
根据应用需求选择合适的传输层协议，以保证数据的可靠性和实时性。
五、无线传感器网络在物联网中的应用无线传感器网络在物联网中具有广泛的应用前景，包括智能家居、智慧城市、环境监测、农业领域等。
无线传感器网络的设计与优化一、简介无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络系统。
它通过无线通信技术收集环境中的信息，并将其传输到监控或控制中心。
WSN广泛应用于环境监测、农业、交通、医疗等领域，因其低成本、易部署与高可扩展性等优势得到了广泛关注。
二、无线传感器网络的设计1. 传感器节点的选择与布局在设计无线传感器网络时，首先需要选择合适的传感器节点。
传感器节点应具备低功耗、小尺寸、高可靠性和成本效益等特点。
同时，合理布局传感器节点是确保网络正常运行的关键。
节点之间的距离、密度和位置会直接影响网络的覆盖范围和性能。
2. 网络拓扑结构的设计网络拓扑结构决定了网络中各节点之间的通信方式。
常见的网络拓扑结构包括星型、树状、网状等。
在设计中需要综合考虑传感器节点的能耗、通信距离以及网络规模等因素，选择最适合应用场景的拓扑结构。
3. 路由协议的选择与优化路由协议是无线传感器网络中节点间通信的关键。
根据网络规模和应用要求，可以选择适合的路由协议，如LEACH、TEEN、HEED等。
同时，为了提高网络的能效和可靠性，可以对路由协议进行优化，减少能耗和延迟，提高数据传输的成功率。
三、无线传感器网络的优化1. 能量管理与优化能量管理是无线传感器网络设计中重要的优化问题。
采用能量高效的硬件设计、低功耗的通信协议和能量平衡的路由策略可以有效延长网络的生命周期。
此外，能量充电与能量回收技术也可以补充传感器节点的能量，提高系统的可持续运行性能。
2. 数据传输的优化数据传输是无线传感器网络中的关键任务，需要在保证可靠性和实时性的前提下，尽量减少能耗。
传感器节点可以通过压缩技术、差异编码、数据预处理等方式减少传输数据量；同时，合理调整传输功率和传输距离，减少能耗。
3. 安全与隐私保护无线传感器网络中的数据传输往往涉及到用户的隐私信息和重要数据。
因此，加强网络的安全性与隐私保护至关重要。
低功耗无线传感器网络节点设计1 引言射频收发器CC2420应用Chipeon公司的Smart RF 03技术，采用O.18 p,m CMOS工艺。
只需极少的外部元件，性能稳定且功耗极低，同时集成所有ZigBee技术优点，可快速应用到建筑自动化网络、住宅安防系统、工业控制网络、远程抄表以及PC外设等ZigBee产品中。
也可以替代现有的控制网络技术（例如RS一422、RS-485）和有线监视方案。
由于无线传感器网络在通信上消耗较大能量，选用功耗较小的PICl8F4620单片机为处理器。
以及选用CC2420为通信器件，设计无线网络节点，因此。
这里提出一种基于CC2420的ZigBee无线网络节点的设计方案。
2 CC2420简介CC2420有33个16位配置寄存器。
15个命令选通寄存器、1个128字节的RX RAM、1个128字节的Tx RAM、1个112字节的安全信息存储器。
"IX和RX RAM的存取可通过地址或者用2个8位的寄存器实现，而采用后者访问内存与访问FIFO缓冲区一样。
不能读取，写入任何数据到安全信息RAM，也不能把TX RAM和RX RAM作为内存访问，只能以FIFOS的方式访问。
而对寄存器的操作则可通过SPI接口以从属方式使用。
CC2420内置一个低中频接收器，负责处理天线接收到的RF信号，经低噪声放大器（LNA）放大，并通过VQ正交平衡电路降频转换为2 MHz的中频信号。
该信号再经滤波、放大、A／D 转换、自动增益控制、信道过滤、解扩频、符号相关和字节同步等恢复出正确的数据。
当发送数据时。
应先把要发送的数据放入容量为128字节的发送缓冲区。
报头和起始帧由硬件自动生成。
CC2420的性能特点如下：免执照频段：工作频带范围为2.400～2.483 5GHz；数据传输速率低：2M／s直接扩频序列基带调制解调和250 Kbits的有效数据速率：低电流消耗和高接收灵敏度：接收19.7 mA，发射17.4 mA，接收灵敏度为一94 dBm；高可靠性：采用了CSM肌A技术避免发送数据的竞争和冲突。
基于LoRa技术的无线传感器网络系统的设计与实现随着科技的发展和人们对环境监测需求的不断增加，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）成为最受欢迎和前景广阔的研究领域之一。
而其中，LoRa技术已成为无线传感器网络的一种重要技术。
本文将介绍LoRa技术的原理、无线传感器网络的设计与实现，并探讨其应用前景。
一、LoRa技术的原理LoRa（Long Range）技术是一种基于频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）和增强扩频（Chirp Spread Spectrum，CSS）调制技术的长距离低功耗无线通信技术。
与传统的FSK调制技术或全扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）技术不同的是，LoRa技术使用CSS调制技术，能够在宽带噪声和多路径干扰环境下实现更远的通信距离。
LoRa技术的工作频段范围是137MHz-1GHz，其中865MHz-868MHz、433MHz等频段在国内广泛使用。
传输距离受多种因素影响，如传输频率、信道带宽、传输功率、接收灵敏度等，但在开放环境下，可达数十公里。
二、无线传感器网络的设计与实现无线传感器网络是由大量的节点构成的，每个节点都由传感器、嵌入式处理器、无线通信模块和电池组成。
这些节点通过自组织网络形成网状结构，能够自动协调通信、拓扑控制、网络管理和自适应路由等功能。
无线传感器网络的实现包括节点硬件设计、通信协议选择、软件编程等多个方面。
下面将从三个方面介绍无线传感器网络的设计与实现。
1.节点硬件设计无线传感器网络的基本节点包含传感器、嵌入式处理器、无线通信模块和电池。
其硬件设计需要考虑多方面因素，如传感器的类型、数据处理能力、存储器容量、通讯距离和功耗等。
在LoRa技术中，需要选择对应频段的模块（如SX1276模块），并根据实际需要选择不同的工作频率、发射功率和接收灵敏度等参数。
基于单片机的Zigbee传感器节点的硬件设计[图]摘要：无线传感网络应用广泛，它通过无数千个微小的节点之间互相通信实现大范围监控的模式。
采用IEEE802.15.4/Zigbee低成本、低功耗的技术，实现多个节点间无线通信。
首先从节点机的硬件设计描述硬件各个部分的模块设计，再分析节点机的软件设计。
阐述传感器网络节点的基本体系结构，重点介绍基于单片机ATMEGA128L和CC2420的Zigbee传感器节点的硬件设计，并对硬件进行组网，并对其测试，测试结果表明该节点的体积小，集成度高，功耗低，通过多层次布线不仅减少了信号的干扰，而且加大了传输的距离。
引言ZigBee联盟定义了2种物理设备类型：一种是全功能设备FFD(fullfunctiondevice)；另一种叫精简功能设备RFD(reducedfunctiondevice)。
网络的构建需要有协调器参与工作(FFD)。
整个网络的形成过程：首先进行初始化，之后协调器开始参与后建立网络，网络建立以后再通过路由器(FFD)和终端设备(RFD)发现网络，最后在建立起的网络开始数据管理和传送。
1 节点硬件设计传感器节点是由几个不同的模块组成，这些模块处理着不同的功能，有传感器模块，传感器模块是传感的硬件基础，接着通过处理器模块，这个模块执行着重要的功能，数据处理后才能进行通信，还有无线通信模块和能量供应模块。
传感器节点主要的功能是：首先进行数据节点的数据采集，采集后的数据再进行处理，经过处理后的数据再通过节点转发进行融合，同时还有其他节点转发数据过来，这样再对所有节点的数据进行管理和融合，数据处理后再进行存储。
所有传感器的工作原理和结构大致相同，虽然每一种传感器设计不同，但是基本的架构是相同的。
传感器节点的这种功能等同于兼并传统网络的路由功能，作为网络终端传送和接收数据，是构成5项网络的基础，网线网络的基本元素是传感器节点，节点是构成无线传感网络的基本平台。
1 系统结构概述本文设计的WSN硬件平台，由若干传感器节点，具有无线接收功能的汇聚节点，以及一台PC机组成。
根据无线传感器网络的应用需求以及功能要求，节点的设计主要包括如下几个基本部分：传感器单元、处理器单元、A/D单元、射频单元、供电单元以及扩展接口单元。
节点的硬件体系结构框架如图1-1 所示。
图1-1传感器单元负责对所关心的物理量进行测量并采集数据，提供给处理器单元进行处理；处理器单元负责数据处理及控制整个节点的正常工作；射频天线单元负责与其他节点进行无线通信，交换控制信息和相关数据；供电单元负责为节点提供运行所需的能量；扩展接口可以实现节点平台的功能拓展，以适应不同的应用需求。
2 节点核心模块设计：2-1电源模块设计：电源是设计中的关键部分，电源稳定工作是整个节点正常工作的保证，设计合理的电源电路至关重要。
节点包含模拟器件和数字器件，模拟器件的抗干扰能力较差，且数字器件常常为模拟器件的噪声源，故为了图2-1-1提高电路的抗干扰能力，模拟器件接模拟地并采用数字地与模拟地单点共地。
电源可选用电池或干电池，电源芯片可选用XC6209、XC6221系列的LDO电源芯片，分别提供3.3V和1.8V 的数字与模拟电压，电路如图2-1-1所示。
2-2传感器模块设计：温度传感器设计：本设计采用LM75DM-33R2串行可编程温度传感器，这种传感器在环境温度超出用户变成设置时通知主控制器。
滞后也是可以编程解决。
它采用2线总线方式，允许读入当前温度，并可配置器件。
它是数字型温度传感器，直接从寄存器读出温度参数，并可实现编程设置INT/CMPTR输出极性。
图2-2-1是其功能图，由于设计中只是简单的监测环境的温度，故只需一片LM75，所以地址线A0、A1、A2置地，INT/CMPTR悬空，设计的接口电路如图2-2-2所示。
图2-2-1图2-2-2由于cc2431本身带有A/D模块，也可采用温度传感器AD590测量温度，其接口电路如图2-2-3。
图2-2-3烟雾传感器设计：为了监测房间中的烟雾，香烟烟雾或者房子中的灰尘等，可以采用NIS-05离子式传感器。
这种传感器是低放射型的标准传感器，最大供电电压24v，由于阻抗很高容易被外界电子噪音所干扰，所以PCB板设计时要注意保护措施。
一般需采用特氟纶做支撑。
NIS-051脚为VCC，2脚电压输出，3脚接地。
由于阻抗高2脚输出电流很小，需采用输入电流较小的运放，采用LMC6042。
接口电路如图2-2-4。
图2-2-4湿度传感器设计：HS1101 型湿度传感器是法国HUMIREL 公司生产的变容式相对湿度传感器，其典型应用电路如图2-2-5 所示。
该传感器具有检测速度快、高精度、高可靠性、长期稳定性和使用方便、体积小等特点。
它是基于独特工艺设计的电容元件，专利的固态聚合物结构; 高精度2%；极好的线性输出；1—99%RH 湿度量程；- 40~100℃的温度工作范围；响应时间5秒；湿度输出受温度影响极小；防腐蚀性气体；常温使用无需温度补偿；无需校准；电容与湿度变化0.34pf/%RH;典型值180pf@55%RH;长期稳定性及可靠性，年漂移量0.5%RH/ 年。
湿度检测采用电容式HS1101 型湿敏传感器。
利用NE555 定时器和湿度传感器HS1101 以及一些电阻构成多谐振荡器电路如图2-2-5所示。
该电路把湿敏传感器随环境湿度不同体现的电容值变化量转换为输出脉冲的频率变化量,电路输出的f o 脉冲信号的振荡频率中包含了环境湿度信息。
图2-2-5图2-2-6中虚线左侧是由LM331 芯片构成的频率/ 电压(F/V) 转换电路。
图2-2-5中输出的反映湿度信息的变频脉冲信号fo经C2R 网络接入LM331的比较器阈值端6脚,脉冲的下降沿引起输入比较器触发定时电路,1 脚流出的平均电流为:iAv E = i (1. 1 R8 C4 ) ×f O (1)此电流经RC 网络滤波即可获得与f o 脉冲信号频率成正比的直流电压[ 6 ] :V out = f o ×2. 09V ×( R9 / Rs ) ×( R8 C4 ) (2)该部分F/ V 转换器是输出信号的电压正比于输入信号的频率的线性变化电路,F/ V 转换电路输出呈0～5 V 之间的线性模拟电压变化量,对应于相对湿度0～100 %RH 的变化。
图2-2-6我们也可以采用另一种集成的湿度传感器设计方案，它采用DHT11数字湿度传感器，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
由于其外围电路比较简单，在这里就不在赘述。
2-3处理器及通信模块设计：节点处理器：在无线传感器节点各单元中，核心单元为处理器单元以及射频单元。
处理器单元决定了节点的数据处理能力，路由算法的运行速度以及无线传感器网络形式的复杂程度。
而且不同处理器工作频率不同，在不同状态下消耗功率也不相同，因此不同处理器的选用也在一定程度上影响了节点的整体能耗和节点的工作寿命。
射频单元的选择直接影响了无线通信使用的频段、节点间数据通信的收发速率以及节点的通信距离等。
根据具体应用的需求，目前节点平台中的处理器有以下几种选择：（1） ATMega128L芯片是ATMEL公司生产的AVR系列处理器。
该系列处理器为增强RISC 内载闪存（Flash）的芯片。
（2）MSP430系列单片机是德州仪器（TI）公司的一种混合信号控制器，其最显著的特点就是具有超低功耗特性。
（3）若需要无线传感器网络节点实现复杂的数据处理功能以及复杂的路由协议等，就要采用功能更强大的处理器来满足数据计算量的要求。
具有代表性的是英特尔（Intel）公司生产的imote2节点采用的PXA270处理器。
该处理器最高主频达624MHz，具有极强的计算能力，足以应付包括视频在内的各种复杂数据处理需求。
（4）此外为了降低节点的成本，一些平台采用了通用的8051处理器，如AT89C52。
这类处理器具有货源充足、价格便宜、使用简单等特点，为价格敏感的应用提供了解决方案。
节点射频通信单元：在无线传感器网络中，广泛应用的底层通信方式包括使用ISM波段的普通射频通信以及具有802.15.4协议和蓝牙通信协议的射频通信。
使用普通ISM频段的无线传感器网络节点主要采用的射频芯片包括Chipcon公司生产的CC1000，Nordic公司生产的nrf903，Semtech公司生产的XE1205。
还有部分无线传感器网络节点使用了带有802.15.4/ZigBee协议的通信芯片，主要包括Chipcon公司的CC2420芯片，RFWave公司的RFW102芯片组。
为了满足节点体积微型化的需要，人们相继推出了多款整合了处理器和射频单元的芯片，下面是几种ZigBee解决方案的对比：图2-3-1当然最具代表性的是Chipcon AS公司推出的CC2430、CC2431芯片，它们提供了简单方便的ZigBee/IEEE 802.15.4低功耗无线传感器网络解决方案，为节点平台的微型化提供了可能。
CC2430芯片在以往CC2420射频芯片的基础上整合了微处理器，存储单元以及ZigBee 射频(RF)前端。
这样在使用极少外围器件的情况下就可以实现节点方案。
处理器采用了8位的8051处理器，具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还具有多种内部资源，如模拟数字转换器、定时器、看门狗等，使系统的设计开发更为方便。
CC2430芯片采用0.18 μm CMOS工艺生产，工作时的电流为27 mA。
在接收和发射模式下，电流分别低于27 mA或25 mA。
CC2430的休眠模式和转换到主动模式的时间极短的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
CC2431是在CC2430以及摩托罗拉基于IEEE 802.15.4标准的无线电定位解决方案的基础上，集成在单一硅芯片上的系统解决方案，不仅具有CC2430的相关特点还具有硬件定位的功能。
图2-3-2为CC2431的功能模块图。
图2-3-2CC2431的设计结合了8 KB 的RAM 及强大的外围模块，并有3 种不同的版本。
它们根据不同的闪存空间32 KB、64 KB 和128 KB 来优化复杂度与成本。
CC2431 的尺寸只有7 mm×7 mm 的48 脚封装，采用具有内嵌闪存的0.18 μm CMOS 标准技术。
针对协议栈、网络和应用软件执行时对MCU 处理能力的要求，CC2431 包含一个增强型工业标准的8 位8051微控制器内核，运行时钟为32 MHz。
CC2431 还包含一个DMA 控制器，可以减少8051 微控制器内核对数据的传送操作，因此提高了芯片整体的性能。
在CC2431 8 KB 静态RAM 中的4 KB 是超低功耗SRAM。
32 KB、64 KB 或128 KB 的片内Flash 块提供在线可编程非易失性存储器。
CC2431 集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作，以及用于用户自定义应用的外设，具有4 个定时器。
此外，还集成了实时时钟、上电复位、8 通道8～14 位ADC 等其他外设，并带有定位跟踪引擎。
图2-3-3为CC2431的典型接线图，他的外围电路很少，只需设计晶振电路和天线电路即可。
图2-3-3串口通信模块：为了方便监测网络中数据传输的正常，需要串口来连接计算几，读取节点内部的数据。
连接串口到CC2431，必须加max232进行电平转换。
设计中因为是sink节点故只需一路输入输出，用P1-6连接T2IN，P1-7连接R2OUT。
VDD需要接电源并用C1，C2接地。
如图2-3-4.图2-3-4仿真器接口设计：JTAG口设计必须符合电路引脚要求，否则无法连接。
JTAG口设计方便烧写和调试程序，接口电路如图2-3-5所示，可根据后续需要改进。
图2-3-5图2-3-5晶振电路设计：采用两个石英谐振器和4个电容分别构成1个32MHZ的晶振电路和一个32.768的晶振电路，如图2-3-6所示，R221 R261为偏置电阻，其中R221为32MHZ晶振设置精密偏置电流。
