1． 引言

　　早在上世紀70年代，就出現了采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成的傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感器控制器的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。到了20世紀90年代后期，隨著傳感器技術的發展，智能傳感器采用現場總線連接傳感控制器構成局域網，這就是第三代傳感器網絡。現在，傳感器網絡以無線傳感器網絡為標志，它正處于研究和發展的階段，我們稱之為第四代傳感器網絡。無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，可以應用在軍事：環保，醫療以及空間探索等許多領域，可以說它具有非常廣泛的應用前景。

　　2． 無線傳感器網絡硬件設計

　　2.1 無線傳感器網絡模型　　　　　　　

　　無線傳感器網絡節點以自組織形式構成多跳級中繼的分級結構網絡，這不同于基于傳統無線網絡的無基礎設施網,通過在監測區域內設置多個傳感器節點（簡稱節點）,由各節點自行協調并迅速組建通信網絡,按照一定原則進行工作任務劃分以獲取監測區域物理信息。我們所說的網絡的自組織特性是指當節點失效或新節點加入時網絡能夠自適應重新組建,個別節點即使出現問題也不會影響全局，即網絡中的各節點除具備數據采集功能外兼有數據轉發實現多跳的路由功能。

　　2.2 無線傳感器網絡節點的構成

　　典型的無線傳感器網絡節點由電源，數據獲取單元dau，數據處理單元dpu，數據發送和接受單元drsu組成。數據獲取單元由傳感器進行監測區域內待測對象的信息采集; 數據處理單元實現數據的分析、處理和存儲等功能; 數據發送和接受單元負責低功耗短距離節點間通信; 電源單元選取小型化、高容量的電池,以確保節點的長壽命和微型化。具體節點設計如下圖所示

　　2.2.1 數據發送和接收單元

　　數據發送和接收單元采用國內生產的str系列微功率無線射頻通信模,其主要特點是: (1)最大發射功率10mw。(2)高抗干擾能力和低誤碼率。(3)傳輸距離遠。在視距情況下，天線高度>2米,可靠傳輸距離可達300-400m(ber=1200bps)。(4)雙串口，3種接口方式。str系列提供2個串口3種接口方式，com1為ttl電平uart接口。com2由用戶自定義為標準的rs-232/rs-485口。

　　2.2.2 數據處理單元

　　數據處理單元采用集成度高、功能豐富、超低功耗的8位單片機－at89s系列單片機。豐富的片內外設、節能、多種工作模式和對c語言程序設計的支持,使得atmel89s系列單片機非常適合于應用在嵌入式系統中。atmel89s系列單片內部集成看門狗、兩個16位定時器/計數器、一個串行通信接口，32條輸入輸出線，帶有4kb flash和128b內存。其作用是實現對數據處理，包括以下功能：

　　（1） 控制無線傳輸模塊，為其提供兩條單向傳輸線（串行口）進行數據傳輸；

　　（2） 實現了對傳感器的數據采集，把傳感器傳入的數據作為輸入進行處理后輸出相應的控制信號；

　　（3） 對傳輸數據的處理，如檢錯校驗，使得傳輸的效率和可靠性大大提高；

　　（4） 與上位機進行通信，執行相應的命令并且具有對數據和命令轉發的功能；

　　（5） 自動監測的功能，在沒有相應命令執行期間，能自動執行監測并向上位機發送信號，告知上位機檢測區域的狀況。

　　2.2.3 數據獲取單元

　　數據獲取單元采用國內廠家生產的mq系列的co濃度傳感器－采用高低溫循環檢測方式低溫檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度的增加而增大，高溫清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。此傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。它不但對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，而且具有使用壽命長和高穩定性的優點。

　　2.2.4 電源

　　電源部分我們采用5v供電，控制器部分我們集成電壓轉換電路，直接可以接入220v居民用電網絡當中，這樣增強了此網絡傳感器系統的便捷性。

　　2.3 數據匯集點

　　我們所設計的傳感器網絡要想把內部信息與外部網絡進行交換,必須通過數據匯集點,它接收下位機傳輸的數據并進行校驗以驗證數據的正確性,再增加特定的數據幀,以使外部網絡能夠識別我們所傳送的數據,然后把數據發送給我們要進行數據交換的網絡,同時它也接收可識別的外部網絡所傳入的信息,并對信息進行解析,把它變成本網絡可識別的命令和數據。我們所設計的數據匯集點可由上位pc機與無線通信適配單元組成,也可以單獨增加匯集點,在網絡傳輸數據不是很復雜的情況下我們選擇前者。

　　3．無線傳感器網絡軟件設計　　　　　　

　　1． 引言

　　早在上世紀70年代，就出現了采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成的傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的不斷發展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感器控制器的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。到了20世紀90年代后期，隨著傳感器技術的發展，智能傳感器采用現場總線連接傳感控制器構成局域網，這就是第三代傳感器網絡。現在，傳感器網絡以無線傳感器網絡為標志，它正處于研究和發展的階段，我們稱之為第四代傳感器網絡。無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，可以應用在軍事：環保，醫療以及空間探索等許多領域，可以說它具有非常廣泛的應用前景。

　　2． 無線傳感器網絡硬件設計

　　2.1 無線傳感器網絡模型　　　　　　　

　　無線傳感器網絡節點以自組織形式構成多跳級中繼的分級結構網絡，這不同于基于傳統無線網絡的無基礎設施網,通過在監測區域內設置多個傳感器節點（簡稱節點）,由各節點自行協調并迅速組建通信網絡,按照一定原則進行工作任務劃分以獲取監測區域物理信息。我們所說的網絡的自組織特性是指當節點失效或新節點加入時網絡能夠自適應重新組建,個別節點即使出現問題也不會影響全局，即網絡中的各節點除具備數據采集功能外兼有數據轉發實現多跳的路由功能。

　　2.2 無線傳感器網絡節點的構成

　　典型的無線傳感器網絡節點由電源，數據獲取單元dau，數據處理單元dpu，數據發送和接受單元drsu組成。數據獲取單元由傳感器進行監測區域內待測對象的信息采集; 數據處理單元實現數據的分析、處理和存儲等功能; 數據發送和接受單元負責低功耗短距離節點間通信; 電源單元選取小型化、高容量的電池,以確保節點的長壽命和微型化。具體節點設計如下圖所示

　　2.2.1 數據發送和接收單元

　　數據發送和接收單元采用國內生產的str系列微功率無線射頻通信模,其主要特點是: (1)最大發射功率10mw。(2)高抗干擾能力和低誤碼率。(3)傳輸距離遠。在視距情況下，天線高度>2米,可靠傳輸距離可達300-400m(ber=1200bps)。(4)雙串口，3種接口方式。str系列提供2個串口3種接口方式，com1為ttl電平uart接口。com2由用戶自定義為標準的rs-232/rs-485口。

　　2.2.2 數據處理單元

　　數據處理單元采用集成度高、功能豐富、超低功耗的8位單片機－at89s系列單片機。豐富的片內外設、節能、多種工作模式和對c語言程序設計的支持,使得atmel89s系列單片機非常適合于應用在嵌入式系統中。atmel89s系列單片內部集成看門狗、兩個16位定時器/計數器、一個串行通信接口，32條輸入輸出線，帶有4kb flash和128b內存。其作用是實現對數據處理，包括以下功能：

　　（1） 控制無線傳輸模塊，為其提供兩條單向傳輸線（串行口）進行數據傳輸；

　　（2） 實現了對傳感器的數據采集，把傳感器傳入的數據作為輸入進行處理后輸出相應的控制信號；

　　（3） 對傳輸數據的處理，如檢錯校驗，使得傳輸的效率和可靠性大大提高；

　　（4） 與上位機進行通信，執行相應的命令并且具有對數據和命令轉發的功能；

　　（5） 自動監測的功能，在沒有相應命令執行期間，能自動執行監測并向上位機發送信號，告知上位機檢測區域的狀況。

　　2.2.3 數據獲取單元

　　數據獲取單元采用國內廠家生產的mq系列的co濃度傳感器－采用高低溫循環檢測方式低溫檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度的增加而增大，高溫清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。此傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。它不但對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，而且具有使用壽命長和高穩定性的優點。

　　2.2.4 電源

　　電源部分我們采用5v供電，控制器部分我們集成電壓轉換電路，直接可以接入220v居民用電網絡當中，這樣增強了此網絡傳感器系統的便捷性。

　　2.3 數據匯集點

　　我們所設計的傳感器網絡要想把內部信息與外部網絡進行交換,必須通過數據匯集點,它接收下位機傳輸的數據并進行校驗以驗證數據的正確性,再增加特定的數據幀,以使外部網絡能夠識別我們所傳送的數據,然后把數據發送給我們要進行數據交換的網絡,同時它也接收可識別的外部網絡所傳入的信息,并對信息進行解析,把它變成本網絡可識別的命令和數據。我們所設計的數據匯集點可由上位pc機與無線通信適配單元組成,也可以單獨增加匯集點,在網絡傳輸數據不是很復雜的情況下我們選擇前者。

　　3．無線傳感器網絡軟件設計