1、1无线传感器网络节点的测试中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1673-0992(2009)03-0069-02 摘要：随着科学技术的发展，传感技术得到了飞速的发展，并且传感器无线网络技术被越来越多的人关注和研究，本文主要介绍无线传感器网络节点的测试。 关键词：无线传感器网络 节点 测试 随着低功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术和微型传感器等技术的飞速发展和日益成熟，使得大量的低成本的微型传感器通过无线链路自组织成无线传感器网络成为现实。无线传感器网络是目前国内外研究的热点。作为一种独立出现的计算机网络，无线传感器网络的基本组成单位是节点。在无线传感器网络中，节点具有数量大、体积小、成
2、本低等显著特点。而无线传感器网络作为一种分布式自组织网络，其应用范围十分广泛。现阶段在国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域有着突出的作用。 一、无线传盛器网络的节点 2无线传感器网络的节点通常是由传感器、A/D 转换装置、微处理器、无线接口和电源等多个功能模块组合而成的。本实验测试的单个传感器节点包含有四层，每一层都完成节点中的一项具体的功能。这四层是信号处理层。通讯层，电源层以及传感器层。 从中可以看出，模块化的最大特点是其根据不同的需求来更换节点中的某一层，即便是需要重新设计时所投入的精力也较小。模块化减小了重新设计的需要。因为模块化设计不需要每一步都从
3、草图开始，这样就节省了成本和设计时间。 (一)信号处理层 该层实现对智能传感器的信号处理功能。在这层。从传感器获得的信号被转化成适当的数字信号。此外，与其他传感器节点的通讯控制也在该层实现。搜寻临近节点、开启和断开无线连接，蓝牙模块控制，以及所有跟网络控制相关的任务管理工作也在这一层实现。 同时，节电模式的控制也在该层实现。节电功能对于无线传感器网络来说是非常重要的一环。因为无线传感器网络要求在无人维护的情况下尽可能长时间的工作。处理层的结构可以有以下三种选择。 (二)传感器层 这一层是传感器与环境的作用层。根据对传感器网络的不同使用目3的，各种不同的传感器都应该集成在传感器层。现阶段，传感器
4、层所包含的传感器有温度传感器，湿度传感器以及加速度传感器。因此，有三种传感器信号传输到 FPGA 中，其中包括模拟信号和数字信号。一方面，模数转换，PWM 处理等功能都需要单片机与 FPGA 的控制；另一方面，信号的通讯依赖于单片机。 (三)通讯层 在通讯层，蓝牙技术作为最初设计的最佳选择。因为蓝牙技术的低功耗特点，数据传输速率可以满足初期设计的要求。通常情况下，蓝牙技术所采用的是 2，4GHzISM 许可频率波段。单片机与蓝牙模块的通讯是通过 UART 口。蓝牙模块接受来自单片机的 AT 信号，搜寻附近节点，与其他节点建立或者断开连接。为了适应模块化的要求。其他形式的通讯层结构也予以考虑。为
5、了能够适应不同的无线通讯模块接口的要求，单片机可以集成其他的接口，如 UART，SPI 以及通用的 IO 口。无论采用那种接口。FPGA 可以解决任何有关通讯接口的问题。同时为了适应其他应用要求，降低功耗成本，增强网络的可靠性，其他的通讯协议正在研究之中，如 ZigBee。 (四)电源供给层 该层为所有的芯片设备提供能源。在样机中。供给层从外部获得 5V的电源供给。通过线性降压调整，为传感器节点提供 3.3V，2.5V 和 1.2V的电压。考虑到节点自主运行的要求。应该采用纽扣电池或者是 AA 电池4来提供电压。因此，功耗要尽可能降到最低。 二、测试工作 (一)解决的问题 传感器层中的加速度传
6、感器采用 PWM 信号作为输出。加速度数值可以通过公式 A(g)=(T1T2-0.5)30来计算得出。同时，T2=Rset/125M，也就是说在公式中只有一个参数需要测量。加速度传感器的测量周期(T2)可以通过改变预值电阻来设置。例如，如果需要获得 1 毫秒的测量周期，预值电阻就应该选取 124 千欧的电阻。因此，如果需要实时的测量加速度数值。那么就应该选用小数值的预值电阻。为了能够获得更加精确的加速度数值，大电阻就应该被选用阻可以产生 10毫秒的测量周期。在具体应用中，所采用的预值电阻是 56 千欧。测量周期是 0.448 毫秒。 对于单片机来说，处理周期要明显慢于 FPGA。因此。为了确保
7、每一次加速度的变化都能够传送给单片机，单片机的每一个处理周期需要在加速度传感器的采样周期内完成。在实际的应用中，单片机的所有处理任务都应该在 0.448 毫秒内完成。 对于 FPGA 来说，最大的特点是其并行性。它可以快速的实现信号处理。此外，FPGA 可以简化接口，解放单片机。FPGA 的最主要的任务就是实现与传感器接口处理，对获取的信号处理，与单片机的通讯。由于传5感器的信号输出是 PWM 信号，因此可以通过计算 PWM 信号所持续的时间长度来测量加速度大小。在对加速度完成计数之后，在每一个传感器信号的上升沿来临的时候，FPGA 将会向单片机发出一个触发信号。同时前一个加速度值也会在输出口
8、上准备好。然后，当单片机监测到这个触发信号之后，它就可以从 FPGA 的输出口上读取数据。因此，FPGA 可以看作是通讯的主控件，而单片机作为单片机的从控件。 (二)FPGA 与单片机之间的通讯 从上述的分析可以看出。FPGA 和微处理器之间通过两个信号来进行通讯。一个是来自 FPGA 的触发信号。当 FPGA 检测到来自传感器的信号的上升沿的时候，它将产生一个触发信号给微处理器，并且把处理完的数据在 P0 口和 P2 口上准备好。当微处理器接收到这个信号的时候，它也将产生一个应答信号给 FPGA，以便使得 FPGA 等待微处理器完成接受处理工作，避免进行下一次触发而使得数据重装。导致错误。微处理器从P0 口和 P2 口读入数据，把二进制数转化为可以在屏幕上显示的 ASCH 模式。当微处理器完成处理工作，清除应答信号，等待下一个触发信号。 (三)结果 在静态零加速度的情况下，PC 机上所显示的数据与理想值有些细微的偏差，但是偏差不超过 3。因此。在不是特别强调精确度的情况下，试验结果可以满足用户的需求。 6三、结论 无线传感器网络的模块化设计可以加快设计周期，增强可替代性与重复利用性。在这里，引入四层结构来完成节点内的所有功能。第一层是通讯层，第二层是电源供给层，第三层是信号处理层，可以采用单片机，FPGA 或者两者混和配置的形式。最后一层是传感器层。
