摘要：本文設計了一個基于CC2530的無線傳感器網絡。傳感器節點由多量程加速度計和CC2530組成，覆蓋可測量的加速度信號的范圍。所設計的系統解決了測試系統的電纜安裝故障，易受干擾和電路復雜性。測試結果表明，設計的無線傳感器網絡可以傳輸多量程微加速度計發射的信號而不損壞，從而完成覆蓋區域的加速度測量。

關鍵詞：多距離微加速度計;加速度;無線傳感器網絡

隨著微電子機械系統（MEMS）技術的發展，MEMS器件已經廣泛應用用于工業，航空航天等領域，而MEMS器件隨處可見[1]。作為一種新型的MEMS器件，多量程微加速度計解決了測量過程中安裝方便，誤差大等問題，因為測量時采用了不同量程的加速度計[2]。但傳統的電纜測試方法需要大量的數據采集設備的電源，信號傳輸會受到干擾噪音，特別是長電纜傳輸可能會導致信號失真或信號失效[3]。為解決上述問題，本文提出了一種基于CC2530的無線傳感器網絡。

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）由大量固定或移動傳感器以自組織和多跳模式形成，設計為協作收集，處理和傳輸感知對象的監測信息在網絡覆蓋區域，然后將結果轉發給其用戶[4]。以下圖1顯示了一個WSN示意圖。如前所述，WSN可以實現三個功能：數據采集，處理和傳輸，這與現代信息的三種基本技術相對應：傳感器技術，計算機技術和通信技術。它們分別構成信息系統的三個部分，即“感”，“大腦”和“神經”。因此，無線傳感器網絡就是這三種技術的結合，它們都構成了一個獨立的現代信息系統。

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如圖2所示，WSN系統主要由傳感器節點，基本模塊和數據中心組成。

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傳感器以分布模式安裝。每個節點都可以感應和調節通過A / D轉換器轉換成數字信號的加速信號。配置在傳感器節點上的無線收發模塊可以實時向基站發送數字信號。基站通過RS232將它們發送到數據中心，最后數據在PC上顯示并保存。基站通過RS232將它們發送到數據中心，最后數據在PC上顯示并保存。

ZigBee有三種無線網絡拓撲結構，分別為星形網絡拓撲結構，網格網絡拓撲結構和樹形網絡拓撲結構[5]，如圖3。

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考慮到樹形網絡拓撲結構數量的減少，坐標功耗是常用用戶終端的十幾倍甚至數百倍[6]。使用星型網絡可以減少整個WSN系統的功耗。而且，點對點網段終端設備中的數據傳輸必須經過協調器。由于協調器中的路由列表比較復雜，難以實時維護和調整，該設計必須使用網格網絡拓撲。

傳感器節點的硬件結構由多種微參數信號調節電路，數字處理模塊和無線收發模塊組成。

多量程微加速度計輸出的微弱電壓信號經A / D轉換器放大后送入濾波電路。二階高通濾波器電路和低通濾波器電路被限制傳輸頻帶為2 kHz-5 kHz，并切斷無用的噪聲。ATMEL生產的ATmegal 128被選為數字控制芯片。它可以將分析信號轉換成數字信號然后保存。之后，信號被發送到無線收發器模塊上的CC2530。CC2530工作在終端節點模式。接收到信號后，CC2530可以封裝目標地址，數據和地址本身，進行處理并發送到空中[7]。

基站模塊由無線收發模塊、數字處理模塊和RS232轉換電路組成。硬件結構如圖4所示。

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基站模塊CC2530無線收發模塊是WSN系統中的協調器，是整個系統的核心。無線收發模塊在空中檢測來自網絡節點的數據，然后將數據采集并存儲在固定區域內的解調芯片后的存儲器中。要存儲的每個字節的數據發送一個脈沖通知主控制芯片（ATmega128）讀取它[8]。最后，TTL信號轉換成RS232電平信號并輸出到PC串行接口。

為了確定無線傳感器網絡的覆蓋范圍，實驗首先測試傳感器節點與基站之間的通信距離。實驗包括室內測試和室外測試。室內測試使用墻壁進行絕緣，每個墻壁放置一個傳感器節點;室外測試臺距離基站50米遠，放置一個50米的傳感器節點。每個傳感器節點發送三組數據并處理從數據中心收到的數據。數據錯誤率的測試結果如表1所示。在300 m以內傳輸數據。傳輸信號衰減較快的原因是墻壁吸收無線電信號[9]。如果數據錯誤率小于3％，通信成功，并且可以保證正確和有效。

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本實驗用于WSN的網絡測試。主要步驟如下：根據由雙面膠帶構造并固定的星形網絡，選擇放置在房間桌面上的3個傳感器節點; 將模式設置為多點監控模式; 敲擊測試表面中心的節點，觀察數據中心的監測波形，記錄數據并比較3個節點收集的加速度值。表2顯示了加速度測試的結果。可以看出，各節點測得的加速度值差別不大，通過計算得到的最大差值為2.73％。

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我們使用實驗室中低成本的校準系統觀察傳感器的多分辨微加速度計。只有一套校準系統，因此采用單點監控模式。精度測試的結果如表3所示。

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傳感器節點的測試精度可以達到1.5％。結果表明，基于多尺度微加速度計的WSN不僅可以實現信號的分布式測量，同時也保證測試的高精度。

本文介紹了基于多級微加速度計的WSN軟硬件設計。采用星型網絡結構的傳感器節點具有功耗低，可靠性高，傳輸距離遠，測試精度高的特點。該系統在測試后達到預期效果。該系統使用多種方法解決了加速度測量系統中復雜的安裝問題的單量程加速度傳感器，提高了數據傳輸的可靠性，為實現簡單智能測試提供了有力的保證。