基于无线传感器网络技术的传感器实验平台设计

工作时实验室各工位的采集仪均可选择电池或墙上电源供电，且各终端和协调器都通过USB射频模块进行ZigBee角色的配置。需要说明的是，之所以不将每个传感器作为终端节点是因为这样做需要为每个节点都配置A／D转换模块，不利于利用原有设备，且增加成本和系统复杂度。在不需进行无线联网时，仍可直接将采集仪通过USB接口接入各工位PC机，然后按传统的实验平台架构进行实验。
可以看出，这一实验平台在不需要改动原有设备的前提下，只要增加两个射频模块(其中协调器端可在市场直接采购ZigBee USB Dongle模块)就可以实现无线化扩展，其升级成本低。它兼顾了传统实验模式，更重要的是因为其移动性强的特点，如果采集仪采用电池供电，其实验空间甚至可扩展到野外，这与国外学校教学中流行的探究性实验的开展模式相符，这也是本文改进设计的目标所在。

2 实验平台的设计
2．1 采集仪的设计与工作过程
由之前的分析可知，改造的关键之处在于采集仪的设计，采集仪通过ZigBee射频模块①以终端节点的形式加入ZigBee无线网络。它采用ST公司基于Cortex-M3核的STM32F103R6T6处理器，可选择电池或墙上电源供电，可方便地进行移动式测量，如图3所示。该处理器本身具有：1个USB接口，2个12位的ADC，20 KBSRAM，128KB FLASH等，这已经可以满足本采集仪的所有技术需求。由于STM32F103R6T6内部自带多路A／D转换器，所以电路得到了极大简化。ZigBee RF无线芯片采用TI的CC2430，其内部具有一个8051单片机专门用于ZigBee协议栈处理，工作在2．4GHz频段，数据通信速率可达250Kh／s，可与STM32F103R6T6进行方便的接口配接，其电路如图4所示。