解放军信息工程大学 王戈，卢伍根，张效义

    无线传感器网络综合了传感器技术、遥测技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术等。它是一种特殊的无线自组织网络，由成千上万的具有感知和路由功能的无线传感器节点组成，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境对象的信息，将其通过多跳转发传送回主机进行分析、处理。无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术，将在国防军事、反恐抗灾、环境监测、交通管理、工程安全和医疗卫生等领域得到广泛的应用[1]。

    本文在简要介绍无线传感器网络节点体系结构的基础上，从实际应用考虑，设计了一种基于msp430f1611的无线传感器网络节点，详细介绍了节点的硬件设计方案。

    1 无线传感器网络节点的体系结构

    无线传感器网络节点是网络的基本单元，节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。在不同应用中，传感器网络节点的组成不尽相同，但都由数据采集模块(传感器、a／d转换器)、数据处理模块(微处理器、存储器)、数据传输模块(无线收发器)和电源模块(电池、dc／dc能量转换器)四部分组成[2]。被监测物理信号的形式决定传感器的类型，处理器通常选用嵌入式cpu，数据传输模块主要由低功耗短距离的射频收发器组成。因为需要进行复杂的任务调度与管理，需要一个微型化的操作系统，ucberkely为此专门开发了tinyos操作系统。传感器网络节点的组成如图1所示。

    2 无线传感器网络节点的硬件设计

    为了实现对温度、湿度、光等多种物理信息的精确采集，并将采集信息进行采样、数模转换，以及根据应用需求进行相应的处理，把处理后的信息通过多跳转发传送回pc机进行处理；同时为了满足节点寿命和工作性能的要求，综合考虑能耗、传输距离、数据速率、安全性和通用性等因素，本文所设计的无线传感器网络节点硬件平台选用如下设计方案。

    数据采集模块选用了sensirion公司的数字温湿度传感器sht71以及光传感器s1087和s1087-01；数据处理模块选用了ti公司的16位超低功耗单片机msp430f1611；无线通信模块选用了rfm公司低功耗、短距离的433.92mhz单频点rf收发芯片tr3000；电源模块采用cr2032纽扣电池为整个节点供电。传感器网络节点硬件平台如图2所示。

    2.1 数据采集模块

    节点的数据采集部分可以根据实际需要和被监测信号的物理特征选择合适的传感器，如：温度、湿度、光强、压力、振动等，本节点的设计可以对外界温度、湿度、可见光、红外光信号进行精确采集。

    2.1.1温湿度数据的采集

    本节点的设计采用了sensirion公司的数字温湿度传感器sht71[3]。它是一款将温／湿度传感器、信号放大调理器、a／d转换器和总线接口全部集成于一个芯片上的单片全校准数字输出传感器，可以直接提供温度在-40℃～120℃范围内且分辨率为14bit以及湿度在o～100％rh范围内且分辨率为12bit的数字输出。

    sht71采用串行时钟输入线sck与单片机保持通信同步，串行数据线data收发通信协议命令和数据。其控制流程如下：程序开始用一组"启动传输"时序表示数据传输的初始化(当sck时钟为高电平时，data翻转为低电平，紧接着sck变为低电平，随后在sck时钟高电平时data翻转为高电平)；然后发送一组测量命令( i00000011 i表示温度， i00000101 i表示相对湿度)后释放data线，等待sht71下拉data值低电平，表示测量结束，同时输出采集数据到msp430f16ll，读取测量数据后可以通过下式计算出相对湿度和温度值。

    温度计算公式为：温度=d1+d2xsot

    相对温度值如下：

    相对湿度计算公式为：rlinear=c1+c2xsorh+c3xs0rh2

    相对湿度值如下：

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