无线传感网络（WSN）设计经典参考实例（二）

　二、基于无线传感网络的太阳能LED路灯状态传感器节点的设计

　　随着太阳能LED路灯在城市照明系统中的广泛应用，如何节约能源、提高路灯能源的利用率己成为急需解决的问题。太阳能LED路灯涉及到光伏电池、LED灯头、蓄电池和路灯控制系统，能否最大效率地利用太阳能和延长LED灯头的使用寿命，是目前迫切需要解决的问题。ZigBee技术以其功耗低、通信可靠、网络容量大等特点为路灯自动控制领域提供了较合适的解决方案［1-3］。

　　本文研究了ZigBee技术及JN5139混合信号微控制器，从无线传感器网络的基本单位出发，采用照度传感器、温度传感器、直流电压传感器和电流传感器分别采集光伏电池电流电压、蓄电池电流电压、LED灯头温度和照度等数据，设计了基于JN5139模块的具有全功能设备（FFD）的灵活多变、性能优越的太阳能LED路灯状态传感器节点，为组建高性能的无线传感器网络做了基础性的工作。将ZigBee技术结合传感器技术组成网络，解决其他控制方法中存在的问题：选择亮度传感器实时采集LED灯头照度，降低了特殊环境、特殊时间误开误关的几率，摆脱了人工干预。

　　1 太阳能LED路灯状态传感器节点的结构

　　传感器节点基本结构如图1所示，主要包括传感器、信号调理电路、A/D转换器、微处理器、射频通信模块、定位模块和电源模块等。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制信息和收发采集数据；能量供应模块为传感器节点提供所需的能量。

　　2 传感器节点的功能

　　一般的ZigBee网络由3种节点组成：协调器、路由器和终端设备。协调器是网络的中心节点，负责网络的组织和维护；路由器负责网络内数据帧的路由；而终端设备则是实现具体功能的单元。本节点设计为全功能节点（FFD）设备，起到路由的作用，同时负责本地太阳能LED路灯状态等参数的数据采集，可实现如下功能：

　　（1）传感器节点能定时向监测分中心发送太阳能LED路灯状态测量数据；

　　（2）传感器节点能响应监测分中心的要求，实时采集太阳能LED路灯状态数据；

　　（3）当传感器节点检测到数据超过阈值或者自身能量较低时，发送报警消息；

　　（4）能按照时间自动存贮太阳能LED路灯状态数据，同时可以查询某一时刻的太阳能LED路灯状态数据；

　　（5）微型化、低功耗、低成本，具有高可靠性、稳定性和安全性。

　　3 传感器节点的硬件设计

　　传感器节点是由全功能设备（FFD）构成，其结构框图如图1所示。

　　3.1 微处理器模块

　　作为ZigBee网络中的节点，低功耗设计尤为重要。经过详细的器件功耗比较之后，选取JN5139混合信号微控制器作为处理器模块的核心。JN5139是集成了uFl天线的高功率模块，可以在最短的时间内在最低的成本下实现IEEE802.15.4或ZigBee兼容系统。该表贴模块利用Jennic的JN5139无线微控制器来提供完整的射频和RF器件的解决方案。