1 傳感器網絡體系結構
    一個典型的傳感器網絡的體系結構包括分布式的傳感器節(jié)點、網關節(jié)點、互聯網和用戶界面等。在傳感器網絡中，節(jié)點布置在被監(jiān)測區(qū)域內。每個傳感網絡裝備有一個連接到傳輸網絡的網關。網關通過傳輸網絡把被測數據從傳感區(qū)域傳到提供遠程連接和數據處理的基站，基站再通過Internet連到遠程數據庫。最后采集到的數據經分析、挖掘后通過一界面提供給終端用戶。
    本系統主要結構是每個CC2430模塊掛接多個DS18820溫度傳感器。溫度傳感器按一定規(guī)律布置在糧庫中，通過單總線與當前CC2430模塊連接；利用無線傳感器網絡組網技術將這些CC2430模塊組網，并把數據發(fā)送到本倉數據集中器，通過網橋將數據集中器與當地監(jiān)控主機連接，如圖1所示。最后通過Internet將遠程終端用戶與當地監(jiān)測系統連接，實現遠程網絡化糧庫數量監(jiān)控，如圖2所示。

2 傳感器布置模型
    平房倉糧堆溫度數據信息采集系統監(jiān)測點布置平面示意圖如圖3所示。倉內溫度傳感器的設定是相對東、南、西、北側墻向內每側各布置3組溫度傳感器，其中每組間距為1 m；東、南、西、北各側由墻向內布置的間距分別是0．25 m、0．25 m、0．5 m、1．0 m、1．0 m……。

    平房倉糧堆溫度數據信息采集系統監(jiān)測點立面示意圖如圖4所示。糧堆溫度監(jiān)測點分別由糧面向下和由倉底向上布置，按照6m裝糧高度每根單總線電纜設置8只溫度傳感器，自糧面向下及自倉底向上傳感器布置間距為0．30 m、0．70 m、1．0 m、1．0 m。對倉內東、南、西、北各側3組同一平面的3個糧堆溫度監(jiān)測點的數據信息采取求平均值的方法進行整理，以提高監(jiān)測數據信息的可靠性和準確性。

3 DS18B20單總線溫度傳感器
    DS18820數字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數，指示器件的溫度信息經過單線接口送入DS18820或從DS18820送出，因此從主機CPU到DS18820僅需一條線(和地線)。DS18820的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源。因為每一個DS18820在出廠時已經給定了唯一的序號，因此任意多個DS18820可以存放在同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DS18820的測量范圍從-55℃～+125℃，增量值為0．5℃，可在1 s(典型值)內把溫度變換成數字。DS18820與CC2430的接口電路如圖5所示。

    多個DS18820讀溫度流程如下：復位→發(fā)55HMATCHROM命令→發(fā)64位地址→發(fā)44H開始轉換命令→延時→復位→發(fā)55HMATCHROM命令→發(fā)64位地址→發(fā)0BE讀存儲器命令→連續(xù)讀出2字節(jié)數據(即溫度)→復位→讀下一個器件溫度。

4 CC2430模塊
4．1 CC2430芯片的主要特點
    CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構，在單個芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用1個8位MCU(8051)，具有128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模擬數字轉換器(ADC)、幾個定時器(timer)、AES128協同處理器、看門狗定時器(watchdogtimer)、32 kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(power on reset)、掉電檢測電路(brown out detection)，以及21個可編程I／O引腳。CC2430芯片采用0．18 μmCMOS工藝生產；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。
    CC2430芯片的主要特點如下：高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE 802．15．4標準的2．4GHz的RF無線電收發(fā)機；優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅0．9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統；在待機模式時少于0．6μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統；硬件支持CSMA／CA功能；較寬的電壓范圍(2．0～3．6 V)；數字化的RSSI／LQI支持和強大的DMA功能；具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；集成了14位模數轉換的ADC；集成AES安全協處理器；帶有2個強大的支持幾組協議的USART，以及1個符合IEEE802．15．4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器；強大和靈活的開發(fā)工具。
4．2 CC2430模塊設計
    CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實現信號的收發(fā)功能。電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C112和電感L102、L100、L101以及1個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入／輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。內部T／R交換電路完成LNA和PA之間的交換。用1個32 MHz的石英諧振器(X100)和2個電容(C108和C109)構成一個32 MHz的晶振電路。用1個32．768 kHz的石英諧振器(Y100)和2個電容(C110和C111)構成一個32．768 kHz的晶振電路。電壓調節(jié)器為所有要求1．8 V電壓的引腳和內部電源供電，C115、C100、C101、C104、C102、C113、C103、C107、C106、C105電容是去耦合電容，用于電源濾波，以提高芯片工作的穩(wěn)定性，R101、R102為電流提供精確的偏置電阻，如圖6所示。

5 軟件設計
5．1 上位機軟件設計
    本系統中，上層管理軟件采用3層C／S模式，實時對傳感器網絡送來的數據進行處理，形成用戶最終關心的數據表現形式。局域網內的終端用戶在經過授權后，可以讀取監(jiān)控主機上的實時數據，實現遠程的監(jiān)測。監(jiān)控應用軟件還對傳感器網絡中的每個節(jié)點進行跟蹤管理。對于監(jiān)控到的異常情況，上層管理軟件使用聲光、短信、電話實時報警方式?？娠@示參數列表、實時曲線圖(對應具體數值并任意調整坐標)、實時數據、折算數據、累計數據、歷史、報警畫面、報表等多種顯示。統計功能可根據用戶需求具體設計。
5．2 下位機軟件設計
    在網絡中，每個節(jié)點都有一個固定的地址。連接于監(jiān)控主機的傳感器節(jié)點是一個特殊的節(jié)點，它采用串行接口與監(jiān)控主機通信。數據的傳送采用主從站方式，與監(jiān)控主機連接的節(jié)點作為主站，控制網絡內的通信時序；其他節(jié)點作為從站，可以被主站尋址。主節(jié)點主要完成采集各從節(jié)點數據，進行預處理；從節(jié)點主要完成各種傳感器原始數據的采集工作，如圖7所示。

6 結 論
    該無線溫度傳感器網絡以低成本、低功耗無線單片機CC2430為核心，采用DS18820溫度傳感器獲取數據，電路結構簡單、工作穩(wěn)定可靠、檢測精度高，且具有無線數據通信靈活方便等特點，特別適用于工業(yè)現場環(huán)境、監(jiān)測封閉空間和其他需要多點監(jiān)測的特殊場合。該網絡的應用極大地提高了中央儲備糧管理水平，降低了管理成本，同時提高了糧庫的安全性。