[发明专利]基于ZigBee的模块化无线传感器网络节点

说明书

技术领域

本发明涉及无导线电气线路表征的信号传送装置，尤其是涉及一种基于ZigBee的模块化无线传感器网络节点。

背景技术

随着半导体、计算机、通讯等信息技术的飞速发展，我们已经由PC时代和网络时代，进入后PC时代，在这样的一个时代背景下，无线传感器网络作为信息技术研究的一个重要方向，逐渐成为计算机科学研究中最具活力的领域，具有广阔的应用前景。它综合了传感器、微机电系统(MEMS)、无线通信和分布式信息处理等四大技术，使网络虚拟世界和物理世界实现了信息流的交互。可以预见，在不久的将来，无线传感网络将改变人与自然界的交互方式，给我们的生活方式带来革命性的变化。因此，无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。2003年2月份的美国《技术评论》杂志(《Technology Review》))评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。简单的说，无线传感器网络是由大量的具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统，目的是实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，并对这些信息进行处理，然后传送给需要这些信息的用户。传感器网络分布式处理的特点带来的监测高精度、高容错性、大覆盖区域、可远程监控、可快速构建、部署方便等众多优点，不易受到目标环境的限制，特别适合布置在电源供给困难的区域或人员不易到达(环境恶劣地区、敌军阵地等)的区域，这些优点使其能广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络，其节点既是信息包的发起者，也是信息包的转发者。节点以Ad-hoc方式将数据向网关发送，再与外部网络通信，如Internet、卫星或移动通信网络等等。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。用节点中的传感器测量所处外部环境的各种信号，从而探测出众多物质现象，实现对所处环境的监测。目前，无线传感器网络还存在诸多需要解决的问题：节点的工作时间有限，导致整个网络的寿命较短；数据传输的安全性得不到保证；节点的数据处理能力不强，数据包传输时丢失率较高等等。而且目前的无线传感器网络节点的可扩展性和兼容性不强，其相应的配件价格较贵，导致其应用范围有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于ZigBee的模块化无线传感器网络节点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ZigBee的模块化无线传感器网络节点，包括射频板和主板，射频板包括CC2420无线通信芯片和天线，CC2420无线通信芯片通过阻抗匹配电路和天线相连接；主板包括Atmega128L微处理器芯片，外部flash存储器、电源和LED灯、接插件、电平转换芯片，Atmega128L微处理器芯片分别与外部flash存储器、LED灯、51脚I/O接插件、JTAG接口和经电平转换芯片与串口连接，射频板通过12脚接插件与主板连接，电源给主板供电。

所述的微处理器Atmega128L的外围电路，其10～13脚为SPI口和CC2420无线通信模块进行数据传输，每个SPI接口都连接一个电阻，第8，17，29，31脚也和CC2420无线通讯模块相连接，  23和24脚接主时钟晶振7.3728MHZ，18和19脚接32KHZ的辅时钟晶振，49，50，51三个脚接LED灯，54～61脚是8通道的ADC，28，29，48三个脚和flash存储器连接，2，3两脚和电平转换芯片连接。

所述的无线射频芯片CC2420的6，7，8脚通过阻抗匹配电路和天线相连接，5脚和9脚和地相连接，27～34脚都是和微处理器相连接，37，38脚接16M的晶振，41，42，43是芯片内部的电压调整器。

本发明具有的有益效果是：

1.无线通信模块采用全球首款符合ZigBee技术的高集成度工业用射频收发芯片CC2420，节点间的数据通信采用ZigBee协议。

(1)节点工作时，绝大部分能量消耗在无线通信模块上，采用ZigBee技术后，将大大降低能量消耗，提高节点和网络的寿命。

(2)ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，保证节点间传输的数据不被窃听。

(3)ZigBee采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性。