面向環境監測的無線傳感器網絡節點的軟件設計
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環境監測是無線傳感器網絡的重要應用領域。為搜集某一區域內的環境數據，傳感器節點需要在無人值守情況下長時間地工作在惡劣環境條件下。傳感器節點的軟件設計為節點正常工作提供了重要保證。
1 無線傳感器網絡系統結構
整個傳感器網絡是由若干個采集節點、1個匯聚節點、1個數據中轉器以及1個便于用戶查看和控制的上位機組成。系統結構如圖1所示。采集節點用于對環境數據的采集、數據的預處理，承當數據的路由；匯聚節點負責整個網絡的開啟和維護，向采集節點發送命令，搜集節點的數據以及和數據中轉器之間的串口通信；數據中轉器承擔數據的中轉及轉發上位機的命令；上位機是數據搜集的終端設備，并且可以根據用戶的需要對節點的采集時間間隔、休眠時間間隔、傳感器的開關進行相應設置。
2 節點的硬件電路
為方便數據的搜集，匯聚節點和采集節點硬件電路設計相同，只是軟件設計有所不同。任意節點都可作為匯聚節點，與數據中轉器通過串口進行通信，來搜集網絡中其他節點的數據。節點的硬件結構如圖2所示。
本設計選用的核心芯片是TI公司推出的ZigBee芯片CC2430。它以8051微處理器為內核，自身攜帶的射頻收發器用來實現無線傳感器網絡節點的通信，提供了4路I／O口來控制傳感器的打開和關閉。傳感器將相應的環境數據變成電壓、電流等信號送給信號調理電路，經相關調理后送到CC2430的ADC接口進行A／D采樣，最后CC2430將得到的A／D值存人1個外接的64 Kb的存儲器中。當節點作為網絡中的匯聚節點時，CC2430的2路I／O口被設置成UART0串口Tx和Rx，用于和數據中轉器進行串口通信。對于能源供應部分，為保證節點長期穩定工作，選用2300 mA的鎳氫充電電池，2組鎳氫電池采用雙電源供電模式。軟件通過控制2組鎳氫電池的切換實現對節點的輪流供電，并在電池電壓不足時控制太陽能電池板對其進行充電。
3 節點軟件設計
3.1 Z-Stack協議棧簡介
本次的軟件設計基于TI公司Z-Stack 2006協議棧。Z-Stack 2006是TI公司專門為CC2430芯片設計的ZigBee協議棧。它由1個簡單的單線程的操作系統管理。該操作系統基于任務調度機制，任務通過API函數osalTaskAdd()按照優先級添加到任務鏈表。任務的事件觸發實現任務調度。每個任務最多可定義16個事件，每個事件都對應1個唯一的事件號。NextActiveTask()是任務事件查詢函數，返回任務的事件狀態ActiveTask，根據返回的事件值來調用相應的任務處理函數ActiveTask()進行處理。操作系統任務調度如圖3所示。
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