唐陽陽 劉璇 谷洋洋 宗繼燁 李晨旭

【摘?要】本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合Arduino開發(fā)優(yōu)勢及ZigBee無線通信技術(shù)特點，對提升無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通用性和靈活性及降低節(jié)點的成本和能耗進行了研究。

1.引言

隨著現(xiàn)在高科技的進步，人們的生活水平有了很大的提高，對環(huán)境的要求也越來越高，環(huán)境問題開始得到社會的重視。目前，環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的一個重要方向是開發(fā)適合中國國情、價格低廉的遠程監(jiān)測系統(tǒng)，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)之間可以相互感知、采集、存儲和處理監(jiān)測信息數(shù)據(jù)，信息經(jīng)過節(jié)點的計算和處理后通過無線通信的數(shù)據(jù)流傳遞方式傳送給用戶系統(tǒng)構(gòu)成 WSN 體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

基于 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位技術(shù)，在軍事探測、環(huán)境監(jiān)測、智能家居和醫(yī)療護理等領(lǐng)域中有著非常大的應(yīng)用前景，在監(jiān)測環(huán)境的同時對無線定位做了進一步的研究，結(jié)合定位算法提高了環(huán)境監(jiān)測的精度，由于其具有低功耗、低速率、低成本、可靠性強、時延短以及網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于機器人、煤礦、地下停車場以及現(xiàn)代樓宇等生活服務(wù)中。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)，利用ZigBee對定位系統(tǒng)近一步設(shè)計。

2. 基于ZigBee無線環(huán)境監(jiān)測與定位系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計

本文結(jié)合Arduino開發(fā)優(yōu)勢及ZigBee無線通信技術(shù)特點，對提升無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通用性和靈活性及降低節(jié)點的成本和能耗進行了研究。本文所進行的研究工作主要包含以下幾點：

一是研究ZigBee通信協(xié)議及其組網(wǎng)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)之上設(shè)計課題所需的通信協(xié)議。

二是研究設(shè)計及實現(xiàn)基于Arduino技術(shù)的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件系統(tǒng)，結(jié)合ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需求選擇合適的Arduino開發(fā)板，并以該開發(fā)板為設(shè)計原型進行功能模塊的電路設(shè)計。對于無法參考Arduino開發(fā)板進行設(shè)計的功能模塊，再以XBee ZB模塊及外圍電路設(shè)計、DS2438芯片及外圍電路設(shè)計作為補充完善節(jié)點硬件系統(tǒng)設(shè)計。此外，在節(jié)點電路原理圖設(shè)計完成后，對節(jié)點PCB板進行了合理的設(shè)計和制作。

三是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信協(xié)議及硬件設(shè)計的基礎(chǔ)之上研究設(shè)計及實現(xiàn)該無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件系統(tǒng)，通過設(shè)計合理的軟件工作流程、編寫高效的信息采集處理及無線通信程序，實現(xiàn)節(jié)點信息采集及信息傳輸?shù)闹悄芑?/p>

3.結(jié)論

本文完成了對基于Arduino的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計和實現(xiàn)，進而從通信功能角度及傳感數(shù)據(jù)采集角度以溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測為例對節(jié)點的實際功能進行了測試，并對多節(jié)點組網(wǎng)及組網(wǎng)后形成的小型無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能進行了測試，此外還對節(jié)點的能耗進行了測試及分析。以上測試結(jié)果驗證了本課題設(shè)計方案的可行性，并以新興技術(shù)Arduino與無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點開發(fā)的結(jié)合為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計及應(yīng)用提供了可參考的研究方法。

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經(jīng)費支持：

2019年衢州學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（Q19X061）

（作者單位：衢州學院?電氣與信息工程學院）