，必须进行二者之间的电平转换。在此使用的集成电平转换芯片为电平转换芯片。它只使用单为其工作，配接个电解电容即可完成电平与电平之间的转换。其原理图如图所示。转换完毕的串口信号直接和的串行口连接。接口中个数据信号发送接收。个信号地线。图单片机通过串口与的连接天线的选择可以使用不同类型的天线。通信中最常使用的天线是单极天线螺旋天线和环形天线。单极天线是长度对应电磁波长的谐振天线。下面就是个简单的天线模型。单极天线的设计简单，可采用根线简单地实现，甚至可以集成到印制电路板中。对于低功耗应用，使用范围最佳且简单的波长单极天线。波长单极天线的长度为，其中的单位是的单位是。天线必须尽可能靠近集成电路连接。如果天线的位置远离输入引脚，就必须与提供的传输线匹配。在我们的设计中，直接将天线集成到印制板上。图基于的传感器网络的节点设计中，处理器芯片还保留许多接口，用于等多种编程，如，它是种工业测试标准接口，接口可以用来调试处理器芯片，从硬件上控制处理器芯片的运行流程，包括单步执行设置断点读写芯片的内部寄存器和存储器，通过调试接口可以进行编程。传感器网络协议在无线通信领域，针对语音视频计算机局域网等领域，具有中高数据率的应用都有相应的国际标准。从图中看，主要的无线技术都集中在以上的速率，新的标准还在追求更高更快的速率而定义的是的的速率的无线数据通信协议的物理层和层，恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺。图几种无线技术的比较为了满足类似于传感器的小型低成本设备无线联网的要求，于年月成立工作组，致力于定义个廉价固定便携或移动设备使用的，极低复杂度成本和功耗的低速率无线连接技术。年月标准正式发布，与此同时，建立在标准之上的标准也于年月确定，负责制定网络层及其以上的协议。协议的结构满足国际标准组织开放系统互联参考模式，定义了单的层和多样的物理层，其结构包括物理层介质访问层网络层和高层，的协议结构如图所示。图协议结构物理层共定义了和这个工作频带。每个频带提供固定数量的信道，由于物理层都采用直接序列扩频技术。降低了数字集成电路的成本，并且都使用相同的帧结构，以利于低作业周期低功耗的运作。频段被划分为个信道，数据传输速率为，基于方法的准正交调制技术，来自的二进制数据被依次组成位二进制数据符号。每个数据符号被映射成位伪噪音，以便传输。然后这个连续的伪噪音序列被调制到载波上。即采用半正弦脉冲波形的偏移四相移相键控调制方法。其物理层帧结构如图所示。图中前导码为，主要用于帧同步帧定界为，标志帧的起始帧长度为，指示了数据单元的长度物理层数据据单元图物理层帧结构为，用于承载所要传输的数据，即帧。在中，总共分配了个具有二种速率的信道在频段有个速率为的信道，在频段有个的信道，在频段有个的信道。个网可以根据可用性拥挤状况和数据速率在个信道中选择个工作信道。从能量和成本效率来看，不同的数据速率能为不同的应用提供较好的选择。介质访问层层的设计主要考虑到尽可能的降低成本易实现和可靠的数据传输，网络中的设备通常可划分为两种类型，种是全功能器件，其功能是网络协调，可以与网络中的任何设备通信另种是简化功能器件，其功能只能与全功能器件通信，实现简单。层定义了广播帧数据帧确认帧和命令帧等种帧类型，其般帧结构如图所示，只有广播帧和数据帧包含了高层控制命令或者数据，确认帧和命令帧则用于设备同子层功能实体间控制信息的收发，广播帧和确认帧不需要接收方的确认，而数据帧和命令帧的帧头包含帧控制域，指示收到的帧是否需要确认，如果需要确认并且已经通过了校验，接收方立即发送确认帧。若发送方定时间内收不到确认帧，则自动重发该帧。正因为采用了载波侦听多址冲突避免的信道接人方式和完全握手协议，使层数据传输是非常可靠的。图帧结构其中帧控制说明了如何看待帧的其余部分及它们包含什么，序列号是传输数据帧及确认帧的序号，仅当确认帧的序列号与上次数据帧的序列号致时，才判定数据传输业务成功。帧校验是位循环冗余校验。净荷是帧要承载的上层数据，其长度可变，数据帧被送至物理层，作为物理层帧数据的部分。网络层和应用会聚层网络层包括逻辑链路控制层，标准定义了，并且通用于诸如及等系列标准中。而层与硬件联系较为紧密，并随不同的物理层的实现而变化。网络层主要采用了基于技术的网络协议，负责拓扑结构的建立和维护命名和绑定服务。它们协同完成寻址路由及安全这些必须的任务。应用会聚层，也就是高层，将主要负责把不同的应用映射到网络上，具体包括安全与鉴权多个业务数据流的会聚设备发现业务发现。安全性安全性直是个人无线网络中的极其重要的话题。协议使用层的安全机制，来保证命令帧信标帧和响应帧的安全性。单跳的数据消息是通过对层的安全来做到的，而多跳的消息报文般是通过更上层如网络层的安全机制来保证的。的层使用了种被称为高级加密标准的算法进行加密的，并且它基于算法生成系列的安全机制，用来保证层帧的机密性致性和真实性。虽然这些安全性是在层上进行处理的，但是上层网络层控制着安全性的整个过程，主要包括密钥的产生和安全级别的使用。当层传输接收个带有安全性的帧时，它首先检查该帧的目标地址源地址，并检索到和该目标地址源地址相对应的密钥，然后利用该密钥和相对的安全级别所对应的安全机制来进行逆向处理。每种安全机制都将对应着个密钥，而在点在验中应用良好，电路板可以实现两个节点间的通信，能由指示发送接收或应答等息，基本达到了设计要求。该硬件节点在系统设计时，选用低频率较省电的做为核心，可以使系统在电池供电的情况下持续工作更长的时间电路中，我们去除多余的线路及组件，只留下必须的微处理器射频芯片，并且以印制电路板的方式来成组装，既节省电源又缩小节点主板面积，让这些组件能够顺利放入张的印刷电路板上另外，节点具有高度的弹性，除了我们研究的光敏电路外，可以通插接不同类型传感器来达成不同的感测应用。在建立这样个硬件后，我们便可以依研究目的的不同，更改传感器及应用程序，来作更多关于微型无线装置的研究，譬如料安全性的研究安全认证的研究加强省电性的研究等等。从我们对无线传感器网络节点的实际研制过程可以看到无线传感网络要能达到理想性能指标，必须掌握高频电路技术，了解协议，掌握安全管理技术，要完成个完整无线传感器网络系统，还要掌操作系统，了解语言，掌握这些后，在设计过程中，尽可能地把射频控制器控制器以及些外围电路包括传感器集成在块芯片上，这样就可以大大减小节点的积，扩大应用领域和应用范围。由于时间有限，论文之后的科研工作可以从以下几个方面进步完善由于设计高速数字电路方面的经验较少，本系统的电路板上元件的布局及走线可能在不合理的地方，有待进步改进随着芯片新系列产品的陆续问世，可选用公司新推出的高度整合的系统级频收发器替换原来的，使硬件节点的印制板尺寸做得更小应用新型插接口，改进测试口的类型，这样更方便于调试和其它功能设计对于低功耗的要求，在使用单极天线不变的条件下，进步改进天线尺寸，加接收信号的能力。无线传感器网络硬件节点中需要研究的问题还有很多，如电池携带能量的能力问题节点成本的下降和寿命的延长问题等，还有待进步研究和开发。参考文献韩旭东，曹建海基于无线智能化传感器网络研究及其性能分析电工技术叶驰，孙利民，廖勇传感器网络的能量管理长春吉林大学，夏俐,陈曦,赵千川,江永亨,管晓宏传感器网络及其数据管理的概念问题与进展计算机工程与应用，瞿雷种新的无线网络通信技术大连大连理工大学，马潮高档位单片机原理与开发应用指南上北京北京航空航天大学出版社，任丰原，黄海宁，林闯无线传感器网络软件学报，王秀梅，刘乃安利用射频芯片实现无线通信设计国外电子元器件，周俊杰嵌入式编程北京清华大学出版社，,,,,,,,,薛慧无线传感器网络北京清华大学出版社致谢本论文是在我的指导老师翟因虎老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。论文虽已完成，但过程中遇到不少问题，在指导老师和同学的帮助下解决了。翟因虎老师他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，给我留下了深刻的印象，深深地感染和激励着我。在这里，我向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢,向所有关心和帮助我的人表示谢意,附录硬件总电路图图硬件总电路图之层帧头中有位直接指明该帧是否使用安全机制。层安全封装帧结构头帧计数器序列计数器加密的净负荷消息完整性代码如果应用中有致性方面的要求，那么在传输个帧时就可以利用层的头和净荷来计算字节字节或者字节的消息完整性代码，直接被加到层净荷的后面，如果有真实性的要求，层的左边会被加入帧和序列记数器，用来对该净荷进行加密，并保证其的新颖性。当接收到包括了的帧时，会对它进行定的验证同样如果接收到的帧的净荷被加密，则需要进行定的解密操作。层的安全性有三种模式利用了进行加密的模式利用了保证致性的模式密码分组链接，以及以上两者均使用的和模式，被称为模式。协议的特点技术的主要特点包括以下几个部分数据传输速率低。只有，专用于低速率传输应用功耗低。在低耗电待机模式下，节普通号干电池可使用个月到年，免去了充电或频繁更换电池的麻烦成本低。因为数据传输速率低协议简单，大大降低了成本，且协议免收专利费④网络容量大。个网络可以容纳最多个从设备和个主设备，个区域内可以同时存在最多个网络。时延短。通常时延在安全性。提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。有效范围。有效范围之间工作频率灵活。使用的频段分别为