一种低成本无线传感器网络节点的设计

　　目前有多种可供选择的无线组网方案，如ZigBee，其具有功耗低、传输速率高、体积小、协议成熟、节点能够协同工作等特点。但ZigBee 由于采用国外技术，其芯片价格高，限制了它的普及应用。PT2262/PT2272 系列编解码芯片是一种采用CMOS 工艺、低功耗、低价位芯片，在遥控门、防盗、玩具等产品中大量使用，但其在数据传输、安全性等方面有所不足。本文利用PIC16LF876 单片机模仿PT2262 编码方式，并进行了改进，配合433 MHz 高频发射电路，实现了数据的无线传输组网。传感器选用具有数字I2C 接口的双轴加速度传感器MX6202，可以无线采集加速度、倾斜角数值，具有接口简单、体积小、价格低的优点。无线节点部分均选用低电压器件，实现了单节锂电池供电。特别适合网点数量庞大、对成本敏感(如家居、防盗、物联网等)场合的应用。

　　1 无线传感器系统设计方案

　　无线传感器系统包括传感器节点与网关两部分。传感器节点负责实地数据采集， 网关负责接收各节点数据， 汇总处理后经GSM/GPRS 网络通知用户。本文重点介绍传感器节点， 给出了软硬件实现方法。无线传感器系统组成如图1 所示。其中无线传感器节点中的虚线框为扩展部分，F05V 与J05U 为微型433M 发射接收模块;无线网关部分负责汇总节点信息与外界通信， 采用EM310 模块，GSM/GPRS 传输。

图1 低成本无线传感器网络设计框图

　　传感器网络采用星形连接方式， 由各无线节点与网关组成。在大部分场合下( 如防盗、环境监测等) 可以采用单向通信方式， 即节点发射、网关接收， 这样， 图1 中的虚线部中的节点的超外差接收电路、网关的RF 发射电路即可以省去。当需要实时采集、强调同步性时， 加上虚线框内部分， 由网关集中控制各节点动作， 通过发采集或变更工作模式指令， 控制各节点， 采用双向通信方案。本文介绍的为单向通信方案。

　　传感器节点是系统的重要部分， 负责现场采集工作，其工作稳定与否对整个系统具有至关重要的作用。而当节点数量较多时，它的成本占系统的绝大部分。有许多节点需要独立在室外工作并由电池供电，对能耗有较高的要求。为此，本设计通过PIC 单片机模拟PT2262 芯片编码， 对433MHz 高频电路完成键控调制(ASK)，省去了无线收发芯片，实现了通用MCU+传感器的节点方案，大大降低了系统成本。采用的PIC 超低功耗MCU， 具有与MSP430 相似的节能特性，选用低电压RF 模块F05V，实现了系统的3.3 V 供电。

　　2 无线传感器节点设计

　　2.1 节点硬件电路设计

　　无线传感器节点是本文的重点部分， 需要满足低成本、低功耗、小体积、适合电池供电等要求。无线节点方案比较如表1 所示。