無線感測器網路按鍵控制跑馬燈

❶ 無線感測器網路節點硬體的模塊化設計

無線感測器網路節點硬體的模塊化設計

隨著人們對於環境監測要求的不斷提高，無線感測器網路技術以其投資成本低、架設方便、可靠性高的性能優勢得到了比較廣泛的應用。由於無線感測器網路節點需要實現採集、處理、通信等多個功能，因此硬體上採用模塊化設計可以大大提高網路節點的穩定性和安全性。那麼下面我就來討論一下無線感測器網路節點硬體的模塊化設計。

1 CC2430晶元簡介

CC2430是一款工作在2.4 GHz免費頻段上，支持IEEE 802.15.4標準的無線收發晶元。該晶元具有很高的集成度，體積小功耗低。單個晶元上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。CC2430擁有1個8位MCU(8051)，8 KB的RAM，32 KB、64 KB或128 KB的Flash，還包含模擬數字轉換器(ADC)，4個定時器(Timer)，AESl28協處理器，看門狗定時器(Watchdog-timer)，32.768 kHz晶振的休眠模式定時器，上電復位電路(Power-on-Reset)，掉電檢測電(Brown-out-Detection)，以及21個可編程I/O介面。

CC2430晶元採用0.18μm CMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發射模式下，電流損耗分別為26.7 mA和26.9 mA;休眠時電流為O.5 μA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。

2 無線感測器網路系統結構

整個無線感測器網路由若干採集節點、1個匯聚節點、1個中轉器、1個上位機控制中心組成，系統結構如圖1所示。無線感測器網路採集節點完成數據採集、預處理和通信工作;匯聚節點負責網路的發起和維護，收集並上傳數據，將中轉器下發的命令通告採集節點;中轉器負責上傳收集到的數據並將控制中心發出的命令信息傳遞給匯聚節點;控制中心負責處理最終上傳數據，並且可以由用戶下達網路的操作命令。

採集節點和匯聚節點由CC2430作為控制核心，採集節點可採集並傳遞數據，匯聚節點負責收集所有採集節點採集到的數據。中轉器採用ARM處理器作為控制核心，和匯聚節點採用串口通信，以GPRS通信方式和上位機控制中心進行交互。上位機控制中心實現人機交互，可以處理、顯示上傳的數據並且可以直接由客戶下達網路動作執行命令。

3 節點模塊化設計

匯聚節點和採集節點在硬體配置上基本相同，採用模塊化設計使得設計通用性更好。

每個節點主要由控制模塊、無線模塊、採集模塊、電源模塊4部分構成。

3.1 控制模塊

控制模塊主要由CC2430及其外圍電路構成，完成對採集數據的處理、存儲以及收發工作，並對電源模塊進行管理。晶元CC2430包括21個可編程I/0口，其中8路A/D介面，可滿足多路感測器的採集、處理需求。CC2430自帶了一個復位介面，外接一個復位按鍵可以實現硬體初始化系統。32 MHz晶振提供系統時鍾，32.768 kHz晶振供系統休眠時使用。

節點選用晶元FM25L256作為存儲設備，這是一款256 Kb鐵電存儲器，其SPI介面頻率高達25 MHz，低功耗運行以及10年的數據保持力保證了節點數據存儲的低成本以及可靠性。

3.2 無線模塊

無線模塊負責節點間數據和命令的傳輸，因此，合理設計無線模塊是節點穩定、高效通信的重要保證。

TI公司提供了一個適用於CC2430的微帶巴倫電路，這個設計把無線電RF引腳差分信號的阻抗轉換為單端50 Ω。由於該電路直接影響節點的通信質量，在使用前必須對其進行模擬驗證。設計中選用ADS模擬軟體進行模擬，採用了版圖和原理圖的聯合模擬方法。模擬電路圖如圖5所示，微帶電路為TI提供的微帶巴倫電路，分立元件均選自村田公司元件庫內的模型，嚴格保證了模擬數據的`真實性和可靠性。巴倫電路在工作頻段內(2.400～2.4835 GHz)信號傳輸特性高效、穩定。

3.3 採集模塊

採集模塊負責採集數據並調理數據信號。本設計中，監測的是土壤的溫度和濕度數據，採用的感測器是PTWD-3A型土壤溫度感測器以及TDR-3型土壤水分感測器。

PTWD-3A型土壤溫度感測器採用精密鉑電阻作為感應部件，其阻值隨溫度變化而變化。為了准確地進行測量，採用四線法測量電阻原理，將電阻信號調理成CC2430晶元A/D通道能采樣的電壓信號。由P354運算放大器、高精度精密貼片電阻以及2.5 V電源構成10 mA恆流源。10 mA的電流環流經感測器電阻R1、R2將電阻信號轉換成為電壓信號，由差分放大器LT1991一倍增益將信號轉換為單端輸出送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。

TDR-3型土壤水分感測器輸出信號即為電壓信號。感測器輸出信號通過P354運算放大器送入CC2430晶元的ADC通道進行采樣。

3.4 電源模塊

電源模塊負責調理電壓、分配能量，分為充電管理模塊、雙電源切換管理模塊、電壓轉換模塊3個模塊。本設計中採用額定電壓12 V、電容量3 Ah的鉛酸電池供電。

作為環境監測的無線感測器網路應用，節點需要在野外無人看守的情況下進行工作，能量補給是系統持續工作的重要保證。本設計採用太陽能電池板為節點在野外工作時進行電能的補給，充電管理模塊則是根據日照情況以及電池能量狀態對鉛酸電池進行合理、有效的充電。光電耦合器TLP521-100和場效應管Q共同構成了充電模塊的開關電路，可以由CC2430晶元的I/0口很方便地進行控制。

在太陽能電池板對電池充電時，電池不能對系統進行供電，因此設計中採用了雙電源供電方式，保持“一充一供”的工作狀態，雙電源切換管理模塊負責電源的安全、快速切換。如圖10所示，採用了兩個開關電路對兩塊電源進行切換。

在電源進行切換時，總是先打開處於閑置狀態的電源，再關閉正在為系統供電的電源，因此會在一段短暫的時間內同時有兩個電源對系統供電，這是為了防止系統出現掉電情況。

電源模塊需提供5 V、3.3 V、2.5 V等多組電源以滿足節點各模塊的供能需求。由於系統電源組較多，電壓轉換模塊採用了開關型降壓穩壓器以及低壓差線性穩壓器等多種電壓轉換晶元來對電源進行電壓轉換，同時要確保電源模塊供能的高效性。

結語

節點的設計對整個無線感測器網路系統至關重要。本設計採用了功能強大的射頻晶元CC2430作為核心管理晶元，能較好地完成數據採集、分析、傳輸等多個功能。硬體的模塊化設計大大加強了節點的穩定性、可靠性和通用性，在野外無人值守的情況下無線感測器網路系統可以長期、穩定地進行環境方面的監測。

❷ 無線感測器網路的組成（三個部分，詳細介紹）

很詳細，你可以到書店去買這類的書看即可。

以下是來自網路：http://www.sensorexpert.com.cn/Article/wuxianchanganqiwang_1.html。

無線感測器網路組成和特點
發表時間：2012-11-14 14:28:00
文章出處：感測器專家網
相關專題：感測器基礎
無線感測器網路的構想最初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署(DARPA)於1978年開始資助卡耐基-梅隆大學進行分布式感測器網路的研究，這被看成是無線感測器網路的雛形。從那以後，類似的項目在全美高校間廣泛展開，著名的有UCBerkeley的SmartDuST項目，UCLA的WINS項目，以及多所機構聯合攻關的SensIT計劃，等等。在這些項目取得進展的同時，其應用也從軍用轉向民用。在森林火災、洪水監測之類的環境應用中，在人體生理數據監測、葯品管理之類的醫療應用中，在家庭環境的智能化應用以及商務應用中都已出現了它的身影。目下，無線感測器網路的商業化應用也已逐步興起。美國Crossbow公司就利用SMArtDust項目的成果開發出了名為Mote的智能感測器節點，還有用於研究機構二次開發的MoteWorkTM開發平台。這些產品都很受使用者的歡迎。

無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據分布網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、數據處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分布式網路，再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。

因為節點的數量巨大，而且還處在隨時變化的環境中，這就使它有著不同於普通感測器網路的獨特「個性」。首先是無中心和自組網特性。在無線感測器網路中，所有節點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，各節點通過分布式演算法來相互協調，在無人值守的情況下，節點就能自動組織起一個測量網路。而正因為沒有中心，網路便不會因為單個節點的脫離而受到損害。

其次是網路拓撲的動態變化性。網路中的節點是處於不斷變化的環境中，它的狀態也在相應地發生變化，加之無線通信信道的不穩定性，網路拓撲因此也在不斷地調整變化，而這種變化方式是無人能准確預測出來的。

第三是傳輸能力的有限性。無線感測器網路通過無線電波進行數據傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對於有線網路，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因為單個節點傳輸的數據量並不算大，這個缺點還是能忍受的。

第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值，各個節點會密集地分布於待測區域內，人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點都要儲備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量(太陽能)。

第五是安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線感測器網路更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網路的設計中至關重要。

❸ 怎麼用單片機按鍵控制循環跑馬燈

我剛好寫過一個這樣的程序，參考一下吧，希望對你有幫助
/*硬體電路連接：流水燈接在P0口， 陽極接高電平，
陰極接P0口，4個按鍵分別接P3.4,P3.5, P3.6,P3.7 ,按下時是低電平 */
#include <regx51.h>
sbit key1=P3^4;
sbit key2=P3^5;
sbit key3=P3^6;
sbit key4=P3^7;
int a[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//左流水燈數組
int b[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//右流水燈數組
int c[]={0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00,0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff}; //逐盞點亮,逐盞滅掉數組
//************************************************************************************************************
void delay() //延時子程序
{int i;
for(i=0;i<30000;i++);
}

//**********************************************************************************************************
void aa() //實現要求（1）的子程序（key1按下時流水燈，彈開時全滅）
{ int i=0;
while(!key1) //判斷是否有鍵按下
{P0=a[i];delay();i++;if(i==8)i=0;}//流水燈

}

//*************************************************************************************************************
void bb() // 實現要求（2）的子程序（key2按下時實現計數功能，彈開時停止計數；）
{
while(!key2){P0--;delay();if(P0==0)P0=0xff;} //判斷是否有鍵按下,按下則計數器加1

}

//*************************************************************************************************************
void cc() // 實現要求（3）的子程序（key3按下時實現逐盞點亮,逐盞滅掉）
{ int i=0;

P0=0xff ;// 發光二極體全滅
while(!key3) //判斷是否有鍵按下
{P0=c[i];delay();i++;if(i==16)i=0;}//逐盞點亮,逐盞滅掉
}

//*************************************************************************************************************
void dd() // 實現要求（4）的子程序（key4按第一次按下,左流水，第二次按下,右流水，第三次按下,熄滅）
{ int i=0,j=0,k=0,h=0;
loop:P0=0xff;
if(key4==0) //第一次判斷是否有鍵按下
{for(i=0;i<30000;i++); //延時防抖動
if(key4==1) //判斷按鍵是否彈起
while(1){P0=a[j];delay();j++;if(j==8)j=0; //左流水燈
if(key4==0) //第二次判斷是否有鍵按下
{for(i=0;i<30000;i++); //延時防抖動
if(key4==1) //判斷按鍵是否彈起
while(1){P0=b[k];delay();k++;if(k==8)k=0; //右流水燈
if(key4==0) //第三次判斷是否有鍵按下
{for(i=0;i<30000;i++); //延時防抖動
if(key4==1) //判斷按鍵是否彈起
goto loop; //跳轉到LOOP處，即P3=0xff，此時燈全滅
}}}}}}

//****************************************************************************************************************
main()
{while(1){P0=0xff;
while(!key1)aa();

while(!key2)bb();
while(!key3)cc();

while(!key4)dd();

}}

❹ 無線感測器網路的優缺點

一、優點

(1) 數據機密性

數據機密性是重要的網路安全需求，要求所有敏感信息在存儲和傳輸過程中都要保證其機密性，不得向任何非授權用戶泄露信息的內容。

(2)數據完整性

有了機密性保證，攻擊者可能無法獲取信息的真實內容，但接收者並不能保證其收到的數據是正確的，因為惡意的中間節點可以截獲、篡改和干擾信息的傳輸過程。通過數據完整性鑒別，可以確保數據傳輸過程中沒有任何改變。

(3) 數據新鮮性

數據新鮮性問題是強調每次接收的數據都是發送方最新發送的數據，以此杜絕接收重復的信息。保證數據新鮮性的主要目的是防止重放(Replay)攻擊。

二、缺點

根據網路層次的不同，無線感測器網路容易受到的威脅：

（1）物理層：主要的攻擊方法為擁塞攻擊和物理破壞。

（2）鏈路層：主要的攻擊方法為碰撞攻擊、耗盡攻擊和非公平競爭。

（3）網路層：主要的攻擊方法為丟棄和貪婪破壞、方向誤導攻擊、黑洞攻擊和匯聚節點攻擊。

（4）傳輸層：主要的攻擊方法為泛洪攻擊和同步破壞攻擊。

(4)無線感測器網路按鍵控制跑馬燈擴展閱讀：

一、相關特點

（1）組建方式自由。

無線網路感測器的組建不受任何外界條件的限制，組建者無論在何時何地，都可以快速地組建起一個功能完善的無線網路感測器網路，組建成功之後的維護管理工作也完全在網路內部進行。

（2）網路拓撲結構的不確定性。

從網路層次的方向來看，無線感測器的網路拓撲結構是變化不定的，例如構成網路拓撲結構的感測器節點可以隨時增加或者減少，網路拓撲結構圖可以隨時被分開或者合並。

（3）控制方式不集中。

雖然無線感測器網路把基站和感測器的節點集中控制了起來，但是各個感測器節點之間的控制方式還是分散式的，路由和主機的功能由網路的終端實現各個主機獨立運行，互不幹涉，因此無線感測器網路的強度很高，很難被破壞。

（4）安全性不高。

無線感測器網路採用無線方式傳遞信息，因此感測器節點在傳遞信息的過程中很容易被外界入侵，從而導致信息的泄露和無線感測器網路的損壞，大部分無線感測器網路的節點都是暴露在外的，這大大降低了無線感測器網路的安全性。

二、組成結構

無線感測器網路主要由三大部分組成，包括節點、感測網路和用戶這3部分。其中，節點一般是通過一定方式將節點覆蓋在一定的范圍，整個范圍按照一定要求能夠滿足監測的范圍。

感測網路是最主要的部分，它是將所有的節點信息通過固定的渠道進行收集，然後對這些節點信息進行一定的分析計算，將分析後的結果匯總到一個基站，最後通過衛星通信傳輸到指定的用戶端，從而實現無線感測的要求。

❺ 無線網路技術在LED燈上如何應用

利用ZigBee無線感測器網路技術對LED節能燈實現遠程式控制制的方案，給出了詳細的軟硬體設計。

1. 自組網控制系統及工作原理

為實現故障檢測、溫度檢測、電壓檢測、亮度檢測和控制以及故障報警等功能，自組網控制系統採用了圖1所示的設計。

整個無線網路是由終端節點(ZigBee Endpoint，ZE)、路由(ZigBee Router，ZR)、和協調器(ZigBee Coordinator，ZC)3種設備構成。其中終端是簡化功能設備(Reced Function Device，RFD)，只能與路由或者協調器直接通信。路由是全功能設備(FuU Function Device，FFD)，既可以和路由和終端直接通信，也可以和協調器直接通信。協調器是PAN協調器(PANC)，負責一個PAN區域的網路建立及管理。協調器收集所有節點和路由的信息，通過RS232發給監控計算機來確定燈的亮度、環境溫度、電池電量等。

工作原理：系統中每個終端、路由分別控制一盞燈，每個燈對應一個ID(終端或路由加入網路時由協調器自動分配)，各個節點和路由將感測器收集的數據通過無線發送到協調器，協調器將收到的數據通過串口發送到監控計算機。如果LED燈出現故障，檢測電路會產生報警信號，報警信號最終會發送到監控計算機，計算機會提示工作人員故障燈的ID，讓維護更便利。另外終端的光敏感測器會收集光照的程度，然後由終端自動的調整光照的亮度。

終端也會將自身的供電電壓傳送到監控計算機，以防節點缺電而影響使用。

2. 系統硬體設計

系統是由電源模塊、無線傳輸模塊(CC2530、溫度檢測、電壓檢測)、LED驅動模塊、LED檢測模塊等組成，具體硬體電路邏輯結構如圖2所示。其中電源模塊是採用市面常用的ASM1117-5.0和ASM1117-3.3，原理簡單易懂。下面主要介紹無線通信模塊和LED驅動模塊。

無線通信模塊採用TI公司的CC2530模塊，CC2530是用於IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(SoC)解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網路節點。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能、業界標準的增強型8051 CPU、系統內可編程快閃記憶體、8 KB RAM和許多其他強大的功能。CC2530有4種不同的快閃記憶體版本：CC2530F32/64/128/256(分別具有32/64/128/256 KB快閃記憶體)。CC 2530具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短，進一步確保了低能源消耗。CC2530優良的性能和具有代碼預取功能的低功耗、8051微控制器內核、32/64/128 KB的系統內可編程快閃記憶體、8 KBRAM，具備在各種供電方式下的數據保持能力並且支持硬體調試，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。它的可編程輸出功率高達4.5 dBm，並且只需極少的外接元件。硬體電路結構框圖如圖3所示，其中光控單元採用TPS851晶元，溫控模塊採用TC77。

LED驅動模塊採用的晶元是PT4115。PT4115是一款連續電感電流導通模式的降壓恆流源，用於驅動一顆或多顆串聯LED。PT4115輸人電壓范圍從6～30 V，輸出電流可調，最大可達1.2 A。根據不同的輸入電壓和外部器件，PT4115可以驅動高達數十W的LED。PT4115內置功率開關，採用高端電流采樣設置LED平均電流，並通過DIM引腳可以接受模擬調光和很寬范圍的PWM調光。當DIM的電壓低於0.3 V時，功率開關關斷，PT4115進入極低工作電流的待機狀態。驅動原理圖如圖4所示。PT4115和電感L、電流采樣電阻RS形成一個自振盪的連續電感電流模式的降壓、恆流LED控制器。VIN上電時，L和RS的初始電流為零，LED輸出電流也為零。這時候，CS比較器的輸出為高，內部功率開關導通，SW的電位為低。電流通過L、RS、LED和內部功率開關從VIN流到地，電流上升的斜率由VIN、L和LED壓降決定，在RS上產生一個壓差VCSN，當VIN-VCSN>115mV時，CS比較器的輸出變低，內部功率開關關斷，電流以另一個斜率流過L、RS、LED和肖特基二極體(D)，當VIN-VCSN<85 mV時，功率開關重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為I。I=(0.085+0.115)/(2×RS)=0.1/RS。

上位機能夠為工作人員清楚地提供電壓、溫度、節點數目、節點地址等數據，實現遠程無線控制，創作和諧的人機交互界面，如圖7所示。工作人員能夠在上位機上使用ID對燈亮暗程度進行遠程式控制制。

❻ 在無線感測器網路中感測器節點的組成部分及各自的功能

無線感測器節點有感測器、處理器和無線通信模塊組成。
感測器負責對感知對象的信息進行採集和數據轉換；
處理器負責控制整個節點的操作，存儲和處理自身採集的數據以及感測器其他節點發來的數據；
無線通信負責實現感測器節點之間以及感測器節點與用戶節點管理控制節點之間的通信，交互控制消息和收/發業務數據。

❼ 有誰知道無線感測器工作原理是什麼

長沙盛恩自動化設備；無線感測器工作原理：
WSN一般都包括一台主機或者「網關」，其通過一個無線電通信鏈路與大量無線感測器進行通信。數據收集工作在無線感測器節點完成，被壓縮後，直接傳輸給網關，或者如果有要求，也可以利用其他無線感測器節點來將數據傳遞給網關。之後，網關保證該數據是系統的輸入數據。
每個無線感測器都被看作一個節點，擁有無線通信能力，同時還具有一定的信號處理與網路數據的智能。根據應用的類型，每個節點都可以有一個指定的地址。下圖顯示了某個節點的通用結構圖。它一般會包括一個感測裝置、一個數據處理微控制器，以及一個無線連接RF模塊。根據不同的網路定義，RF模塊可以起到一個簡單發射器或者收發器(TX/RX)的作用。進行節點設計時，注意電流消耗和處理能力非常的重要。微控制器的內存非常依賴於所使用的軟體棧。