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无线传感器网络数据采集系统设计

作者：李海威

来源：《电子技术与软件工程》2016年第08期

摘 要：无线传感器网络是一种集成计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络。本文利用组建的无线传感器网络，实现数据的采集和传输。通过集成在节点上的传感器模块，传感器节点采集温度、湿度等数据，并通过ZigBee网络传输把数据送到协调器节点，由协调器节点收集这些数据，通过串口将数据直接发送给上位机并显示，实现数据采集技术。 【关键词】无线传感器网络 数据采集 ZigBee技术 串口通信

监测区域内放置传感器节点构成监控网络，通过相应的传感器采集环境参数，实现实时监测及控制。本文应用无线传感器网络及ZigBee技术，采集温度、湿度等数据，将数据通过无线通信网络传输给上位机，直观观察数据变化。 1 无线传感器网络

无线传感器网络基本单位是传感器节点。每个节点为一小型的嵌入式模块，节点上搭载传感器数量由需要而定。每个传感器节点可以实行原始数据采集，数据处理和回传，并在不同节点分工的基础上，对其余节点发送的数据进行存储、转发等。 2 整体设计方案

本文基于无线传感器网络采集数据，应用ZigBee技术，实现对环境参数的实时监控。本系统由数据采集节点，协调节点及上位机组成。数据采集节点由温度传感器、湿度传感器、光照传感器及CC2530核心模块组成。协调器节点采用CC2530作主芯片与上位机串口相连，将终端节点采集到的数据传输给电脑，并在上位机上显示数据值。 3 数据采集硬件设计 3.1 核心模块设计

CC2530芯片用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE。CC2530芯片内部集成了收发电路以及增强8051MCU内核，只需外接部分辅助器件就可实现核心模块的功能。 3.2 温度传感器DS18B20模块设计

DS18B20温度传感器是单总线数字温度传感器。由于多个DS18B20温度传感器可同时共存于一根数据总线，这样系统就能完成单总线多点温度检测。

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3.3 湿度传感器DHT11模块设计

DHT11数字温湿度传感器是温湿度复合传感器，含有已校准数字信号输出，且包含一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，并与一个高性能8位单片机连接。 3.4 光敏电阻模块设计

光敏电阻器是电阻值随入射光的强弱而改变。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 3.5 电源模块设计

此电路的工作电压是3.3V，而usb供电是5V，电池供电不稳定，四节1.5V电池供电一般是6V，所以采用转换电压的稳压器件AMS1117，可以把电压转换成3.3V。 3.6 串口通信模块设计

串口通信模块采用芯片PL2303集成的USB转TTL电路，该芯片是一种RS232-USB接口转换器，且高度集成。 4 数据采集软件设计

Z-Stack协议栈规定了硬件和软件在不同层如何协调工作。网络通信时，数据打包后，不同协议层的实体与对等实体间通信。发送方传递的数据包按从高到低的顺序依次通过协议层，每一层按格式加入自己的信息，数据包到达物理层并在物理连接间互相传递。接收方的数据包从低到高依次向上通过协议层，在每一层提取出需在本层处理的信息，最后用户得到数据包的数据信息再继续处理。当中断事件发生，系统会被触发到中断处理事件，事件处理完毕后，则恢复到平时的低功耗运行模式。Z-Stack运行流程图如图1所示。

“osal_start_system（）”是操作系统的实体代码而且是个死循环。系统不断查询每个任务中是否有事件发生，若有事件发生，先比较优先级然后执行相应的处理函数；若无事件发生则继续查询下一个任务，这样不断的循环运行。 5 总结

本文利用CC2530无线射频芯片实现节点间的相互通信，网络协调器与传感器节点之间的数据传输，网络协调器与PC机的串口通信等，完成数据采集的软件搭建。通过对不同功能相应程序的下载，实现系统的软硬件联调，实现数据的采集及传输。 参考文献

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[1]石权.基于无线传感器网络的温湿度采集系统的设计[D].吉林大学，2008（04）. [2]侯佳佳.基于ZigBee的温室WSN监测系统的设计与研究[D].江苏：江苏大学，2009. 作者简介

李海威（1988-），男，辽宁省沈阳市人。现为沈阳理工大学研究生在读。研究方向为智能检测与控制等。 作者单位

沈阳理工大学信息科学与工程学院 辽宁省沈阳市 110159