无线传感器网络的PCB设计

2019年4月26日

无线传感器和物联网图形

大数据和物联网的时代已经来临，哪些技术正在被用来快速、悄无声息地收集越来越多的数据?当然是无线传感器网络。这一丰富的工程领域涵盖了软件、硬件和网络设计，未来将在我们的日常生活中发挥更大的作用。

从基础设施监测到收集大范围的环境测量，无线传感器网络是一个新兴的技术领域，具有许多应用。为传感器本身和集中控制单元设计pcb遵循许多无线网络的标准技术。

通信协议与拓扑

无线传感器网络设计的一个重要方面是选择合适的通信协议和网络拓扑结构。具有单一集中控制单元的无线传感器网络通常使用星型拓扑结构运行。网络中的所有传感器连接到一个集中控制单元，控制单元从连接的传感器收集数据。收集到的数据被发送回基站或存储在本地。

星型拓扑只需要一个集中的控制单元来收集整个网络的数据，而网络的范围则受到控制单元的整体范围的限制。如果您需要将网络的范围扩展到控制单元的范围限制之外，则可以选择点到点拓扑。在这个拓扑中，每个传感器接收来自下游传感器的数据，并将数据转发回上游的控制单元或基站。

这两种拓扑都有一个关键问题，它们都包含可能导致大部分或整个网络瘫痪的故障点。在星型拓扑中，如果控制单元脱机，整个网络就会瘫痪。具有点对点拓扑结构的无线传感器网络，如果其中一个下游传感器故障，将部分故障，因为这会断开其余下游传感器的连接。

一组LED传感器

一组LED传感器

一种拓扑需要更复杂的配置和通信，同时仍然保持整个网络的正常运行时间，这就是网状拓扑。在这种拓扑结构中，一个集中控制单元连接到附近的任何传感器并收集数据。其他无法连接到控制单元的传感器将连接到附近的其他传感器，类似于点对点拓扑结构。这提供了与点到点网络相同的优势，同时将故障点分散到更多数量的节点上。

网络的可扩展性主要由其拓扑结构和通信协议决定。像Zigbee这样的协议在星型网络中很有用，因为它在16个通道上以2.4 GHz的频率工作，最长可达100米;一个控制单元将能够同时协调多达64,000个节点。缺点是每个通道的低数据传输速率相当低(高达250kbps)，因此它不是需要传输图像数据的传感器网络的最佳选择。

另一种选择是串行外围接口(SPI)，它也工作在2.4 GHz，波特率高达2 Mbps。该协议允许在100米范围内连接控制单元和多达125个传感器节点。较大的数据传输速率允许在网状网络中传输图像数据。对于距离较短的无线传感器网络，一个很好的选择是使用蓝牙，特别是在汽车或室内工业应用。