基于ZigBee的低功耗無線傳感節點設計與實現
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節點能耗絕大部分消耗在無線通信部分，傳感節點使用無線方式傳輸1 b到100 m遠所消耗的能量可供執行3 000條指令。可見，如何有效傳輸數據，合理安排工作休眠時間對于節約傳感節點能耗有著直接影響，這也是軟件設計應重點考慮的問題。
為了實現傳感節點的低功耗以及更優的測量性能，設計時采用工作模式的選擇，通過無線配置傳感節點的工作參數，使節點能夠按照實際需要控制采集的時機和速率，從而降低能耗，以延長節點壽命。節點工作分空閑模式、觸發模式、主動模式3種。其中，空閑模式下的節點大部分時間處于休眠狀態，只是周期性的喚醒檢查有無來自服務器的控制命令，以更好地節約能耗；觸發模式下RF關閉，只有當傳感器測量值達到設定門限后才觸發RF進行無線數據收發，同時可以根據不同的門限選擇相應的采樣率，適用于如森林火災等突發情況的監測和預警；主動模式下傳感節點按配置的采樣率進行數據采集發送，周期性轉入休眠并自動喚醒。模式選擇及相應參數配置均來自傳感器網絡服務器。對傳感節點而言，該項工作是在無線接收過程中完成的。
3 低功耗測試
鑒于功耗測試特點，傳感節點工作模式設置為主動模式，即節點周期性地進行采集、發送、休眠，獲取不同階段的工作參數，依據一定方法進行壽命預測和驗證。
通過測試獲取節點工作參數如表2所示，工作電壓為3．3 V。可知，節點工作時流耗大，在休眠狀態則小得多。因此，為保證在供電電量有限的情況下獲得更長的工作壽命，有必要將節點設置為間歇式工作模式，即工作休眠周期性交替進行。下式為節點壽命預測公式：
式中：Td為節點可工作天數；Qb為可用電池容量；tw為每周期內工作時長；ts為每周期內休眠時長；Iw為工作電流；Is為休眠電流。根據預潮公式及假定電池可用容量為1 000 mAh，可以預測在不同休眠時長下的工作天數如表3所示。對特定的傳感節點，其單周期內數據采集、處理、發送所占用的工作時長是一定的，可變的就是休眠時長，通過控制傳感節點不同的休眠時長來獲取其相應的工作壽命特性。由表3可知，隨著休眠時長的增加，節點工作壽命隨之延長，當休眠時長為60s，即1 min進行1次數據采集發送時，傳感器節點能夠連續使用約1年時間。本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/155428.htm
在實際測試過程中，采用孚安特鋰電ER14250H和普通7號南孚堿性電池進行比對實驗，前者電池容量為1 200 mAh，后者無容量標識，但根據其官方網站測試說明，估計亦在1 200 mAh左右。考慮長時間測試中電池自放電效應，其實際可用容量必定要小些，仍采用1 000 mAh假定值的預測結果進行比較。實驗得到節點實際可工作天數如表3所示，測試結果與預測趨勢大體上是一致的，傳感節點可工作天數與其在一個工作周期內的休眠時長相關。所以，為延長傳感節點壽命，有必要根據實際情況確定節點的工作休眠時間，在保證網絡穩定性、數據可靠性的前提下盡量安排更多的休眠時間。另外，在組網測試中，傳感節點單跳距離約60 m，自組織特性良好，傳感節點可以選擇較優路由入網，服務器對終端傳感節點的數據獲取、監測、控制功能均正常。該設計實現的溫濕度傳感節點如圖3所示，電路由CC2430射頻板和傳感器底板組成，兩者通過12 pin×2接口連接，方便安裝使用。
4 結語
本文介紹了一種基于ZigBee技術的無線傳感器網絡節點的設計與實現，并進行了測試。實驗結果表明，傳感節點具備低功耗特性，能夠通過無線實施靈活的測量和控制，滿足無線傳感器網絡要求。同時，節點設計方法有一定參照價值，便于移植和改進，可用于其他參量的測量與控制。誠然，降低功耗可以延長無線傳感器網絡節點的使用壽命，如果能夠利用諸如光照、風力、震動等外界能量，從而使傳感節點有效地自我補給，這對于野外部署的無線傳感器網絡將有著積極意義。
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