基于GPRS和ZigBee多参数水质监测系统的无线传感网络节点设计(3)
2 节点总体设计
无线传感网络监测大面积水域时，需要两种节点的协同工作：传感器监测节点和网关节点。在进行详细研究系统之前，首先应根据监测任务的要求，完成对两个节点的总体设计。
2.1 总体思路
本次系统框架如图2.1所示，由三大部分组成，一部分是监控中心的监控系统(PC；另一部分是由无线传感器网络，无线传感器网络由数量众多的监测节点构成；还有一个作为网关节点通过GPRS网络，完成数据发送Internet的任务。
图2.1系统整体框架
2.2 无线传感网络传感器监测节点的设计
无线传感器网络监测节点是无线传感器网络监测工作的基本单元。本节主要介绍传感器监测节点的总体结构，各组成模块的硬件选型与设计以及模块接口的驱动设计。
2.2.1 传感器监测节点总体结构
无线传感网络监测节点的总体结构如图2.2：
图2.2 传感器节点结构图
传感器节点通过自身的传感器检测大面积地域各个地域点的参数，比如大面积湖泊中不同水域的水质参数的检测，传感器检测到后会输出模拟电信号，下一步将这些模拟信号输入到信号调理放大电路，放大电路将信号放大滤波后将其送入A/D转换电路，通过A/D转换模拟信号变换为数字信号输入到CC2430自身内部的单片机，单片机作为节点的核心控制器，对于A/D传输过来的数字信号进行处理后，遵循Zigbee协议，通过天线将信息发送给网关节点，实现大面积湖泊水域水质参数的实时监测。
2.2.2 硬件选型
传感器监测节点在结构上主体是发送模块，承担发送数据以及数据处理的工作，所以硬件选择上主要是发送模块的选型分析。
发送模块的选择
目前无线传感器网络节点用的无线收发模块一般是CC2420,CC2430等。其中CC2430模块是比较新的一款收发模块，它的主要有优点是自身带有单片机，可以大大减少节点的体积，更适合于大面积水域水质监测时传感器监测节点大量布置的设计特点，而且无论在成本还是能耗上都比较小，所以选用CC2430作为收发模块的主芯片是一个比较好的选择。
CC2430是Chipcon 公司推出用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议。CC2430包含一个增强型工业标准的8位8051微控制器内核[11][12]，运行时钟32MHz，由于更快的执行时间和通过除去被浪费掉的总线状态的方式，使得其具有8倍于标准8051内核的性能。
2.2.3节点硬件设计
水质监测节点与网关节点是一个微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的数据采集平台。为了调试方便及提高可扩展性，本设计将数据采集单元独立出来，采用核心板加扩展板形式，通过预先留出的通用接口将两块主板相互连接。
水质监测节点由数据采集模块、微处理模块CC2430(包括微控制器MCU及无线射频芯片)、电源模块3个部分组成，节点结构如图2.3所示。
图 2.3 监测节点结构框图
微处理器是无线传感器网络节点的核心器件，尤其在网关节点的设计中更为重要，因为所有水质监测节点的数据信息最终会通过Zigbee网络传送给网关节点，再通过GPRS将数据发送Internet上。而水质监测节点采集各种数据，需要驱动多参数监测传感器，同时考虑到使用时间的长久性，所以在选型时，必须满足功能强、外部接口丰富、集成度高、存储容量大、速率快、成本低、功耗小、支持睡眠模式且易扩展等要求，在此次设计中，选用TI公司的CC2430SoC。
在设计中，微处理器模块主要提供数字传感器接口、AD接口、USART接口、SPI接口、JTAG接口、LED接口等，其外围接口电路如图2.4所示：