太陽電池供電的無線傳感器網絡節點設計王繼業

　　無線傳感器網絡是近年電子信息領域的研究熱點。一般認為，無線傳感器網絡是由大量節點組成，每個節點應當具有基本的測量功能，并具有廉價、微小、易于布設和維護等特點。無線傳感器網絡就是由這樣的節點組成的自組織、多跳傳輸和可擴充的無線網絡。無線傳感器網絡節點間通信通常使用近距離無線通信技術，比如常見的 Zigbee、藍牙、WiFi 等。無線傳感器網絡節點一般由感知單元、微處理器單元、無線通信單元和能量供應單元組成。感知單元負責物理量的傳感和電信號的放大、濾波等預處理， 微處理器單元負責系統的控制、通信協議的實現、數據的存儲等，無線通信單元負責節點之間的無線通信，能量供應單元負責其它各部分的電源供應，以及為能量管理提供電能存儲狀態信號等。節點的組成結構見圖 1。

　　本節點的主控芯片采用 TI 公司的 SOC 芯片 CC2430 或 CC2530， 它把 2.4GHz 射頻通信、8051 微控制器內核以及定時器、AD 轉換器等必要的外設都集成在一起， 提供節點所需的大部分功能。溫濕度傳感器采用 SHT11 數字化溫濕度傳感器，通過 I2C 總線和 SOC 芯片直接聯接。電源部分提供給主控芯片的信號包括： 太陽電池的輸出電壓 Vcell、超級電容的充電電壓 Vsc 和芯片正常工作需要的電源電壓 Vcc。當 Vcc 不等于 3.3V 時，系統不能工作，處在停機狀態。當電池電壓 Vcell 小于約 0.8V 時，表明沒有太陽的直射光，不能為超級電容充電。當超級電容電壓 Vsc 小于 2.5V 時，表明超級電容沒有充滿電，應當繼續為之充電。

　　超級電容存儲的電能為： 上式表明，存儲的能量和電壓成平方關系。表 1 CC2430 和 CC2530 不同功能的功耗和喚醒時間