摘要：以CC2430芯片為核心設計一種用于溫濕度測量的無線傳感節點，為了降低節點功耗，在ZigBee協議棧的基礎上進行改進，為傳感節點設計了空閑、觸發和主動等3種工作模式，使節點能夠按照實際需求控制采樣的時機和速率，以減少傳感節點用于無線通信的能量開銷，從而滿足無線傳感器網絡對節點低功耗的設計要求，同時根據已知參數預測傳感節點壽命，并通過實驗進行了驗證。
關鍵詞：ZigBee；傳感節點；低功耗；工作壽命

0 引言
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在監測區域內大量廉價微型傳感器節點組成，以無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域內感知對象的信息，并發送給觀察者。無線傳感器網絡有助于人們更好地感知客觀世界，極大擴展現有網絡的功能和人類認識世界的能力，具有廣闊的應用前景。
無線傳感器網絡中的節點一般采用電池供電，可以使用的電量非常有限，而對于有成千上萬節點的無線傳感器網絡來說，對電池的更換是非常困難，甚至是不可能的。但是無線傳感器網絡的生存時聞卻要求長達數月甚至數年。因此，如何在不影響功能的前提下，盡可能節約無線傳感器網絡的電池能量成為無線傳感器網絡軟硬件設計中的核心問題，也是當前國內外研究機構關注的焦點。
傳感器節點由處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊和能量供應模塊4部分組成。其中，前3個模塊消耗能量，由于傳感器模塊消耗能量相對較低，目前研究的重點主要集中在處理器模塊和通信模塊上。處理器模塊節能策略通常有動態電壓調節(Dynamic Voltage Scaling，DVS)和動態功率管理(Dynamic Power Management，DPM)。前者的工作原理是當計算負載較低時，通過降低微處理器的工作電壓和頻率，從而降低處理能力，可以節約微處理器的能耗；后者是利用當節點周圍沒有感興趣的事件發生時，部分模塊處于空閑狀態，把這些組件關掉或調到更低能耗的狀態，以延長節點壽命。通信模塊消耗能量是最多的，故為其制定有效的節能策略尤為重要，主要包括控制節點通信流量，合理安排工作休眠時間以及采用多跳通信方式等。
本文通過對硬件的選擇配置和軟件的靈活設計，采用3種備選工作模式，使節點能根據實際情況進行參數設置，減少節點用于無線通信的能量開銷，實現無線傳感器網絡節點的低功耗目標，同時完成相關測試對該設計方案進行驗證。

1 節點硬件設計
ZigBee技術是一種近距離、低功耗、低數據速率、低復雜度的雙向無線通信技術，適用于無線傳感器網絡。目前，多家公司均有自己的主流ZigBee芯片，如表1所示。經綜合比較，該設計選用CC2430芯片，該芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee協議的SoC解決方案，它在單個芯片上整合了ZigBee射頻前端、內存和微控制器，最大27 mA的工作流耗及在休眠模式下0．9μA的流耗使之非常適合無線傳感節點對低功耗的要求。

在此采用深圳金圖旭昂有限公司的TSZ-CC2430開發系統，移植美國密西西比大學的精簡ZigBee協議棧，以CC2430芯片為核心設計一種用于環境監測的溫濕度傳感節點，通過軟硬件設計方法實現傳感節點的低功耗目標。