本文采用无线传感器网络技术设计了温室温度、湿度和二氧化碳参数测量系统，具有功耗超低、无接线、测量节点移动方便等优点，克服了人工抄表和有线数据采集系统的诸多缺点。
1 硬件设计
无线传感器网络节点的电路原理图如图1所示。它主要由MCU由控制单元、射频收发单元、温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器组成。所有单元均采用低功耗装置，MCU中英电子具有休眠功能SH79F64单片机采用温湿度测量单元SENSIRON公司具有休眠功能SHT75温湿度传感器，CO采用2浓度测量GSS公司的功率只有3.5 mW的COZIR传感器，采用射频收发单元SILICON LABS公司具有休眠功能SI4432无线收发器。所有设备均为3.3 V电池集中供电方便。所有设备均为3.3 V电池集中供电方便。
图1 无线测量节点的电路结构图
上位机无线模块硬件设计可采用类似结构，取消传感器部分，增加Silicon LABS公司的CP2102单芯片USB与UART桥接单元，通过USB口连接PC机。PC通过USB接口为无线模块供电。
1.1 MCU单元
MCU采用中英电子生产SH79F64低功耗单片机，SH79F64是低功耗高性能8位芯片，SH79F64内嵌加强8051核，具有高速高效的特点。与传统的8051芯片相比，在相同的振荡频率下具有运行速度更快的优点。它保留了标准8051芯片的大部分特性。这些特征包括内置256字节RAM三个16位定时器/计数器，两个EUART,外部中断INT0和INT1.此外，SH79F64还集成了外部2776字节RAM（不包括LCD RAM），1路8位PWM输出，外部中断INT2和INT3,16位定时器/计数器，可兼容8052芯片（Timer3)64适用于存储程序和数据k字节flash以及1 k字节类EEPROM存储器。
除普通单片机外，SH79F64还有其他特点：
1)处理能力强 SH79F64虽然是8位单片机，但机器周期为1个振荡器周期，传统51核机器周期为12个振荡器周期。该指令的执行效率约为传统8051的8~10倍。此外，还提供增强乘/除法指令，支持16 bitx8bit和16 bit÷8 bit运算，提供双DPTR指针，用户使用查表、数据移动等操作更方便。
2)数据存储区域丰富 SH79F64提供64 k字节FLASH ROM,每1 k字节是一个扇区（SECTOR），每个扇区可分别加密。如果没有加密，每个风扇区域可以单独编程和擦除。整体擦除（MASS ERASE）所有的扇区都可以擦掉。SH79F64的全部64 k BYTE可用于存储程序和数据FLASH ROM不在同一扇区的程序可以是中间的FLASHROM编程（SSP所以可以作为模式)，EEROM来使用。另外提供1 k客户信息区/类别字节EEPRO M块用于存储用户数据，每个扇区（SECTOR）为256字节。
3)高性能模拟技术和丰富的片上外围模块 SH79F64内部集成有：3个16位定时/计数器T0、T1和T2.16位定时器T3.看门狗定时器，1路8位PWM定时器，4/5x40/39段LCD驱动器，EUART、IR、TWI和SPI等标准通信模块，8通道10位AD转换器，蜂鸣器输出等。
4）超低功耗 供电电压为2.4~3.6 V,低压复位功能和低压检测功能的内部建设。支持两种省电方式：IDLE模式和掉电模式。当系统时钟采用高速时钟时，外围模块采用32.768 Hz时钟时，断电模式将停止CPU定时器3的时钟可以打开时钟信号，此时工作电流不超过20μA.
MCU它是无线测量节点的核心，在无事件发生时工作于断电模式，当无线模块收到数据时通过IO口唤醒SH79F64进入活动的工作状态。SH79 F64功能丰富，编程方法灵活，能完全满足无线测量节点的设计要求。
1.2 无线收发单元
Si4432芯片是Silicon Labs公司推出高集成度、低功耗、多频段EZRadioPRO早期生产的系列无线收发芯片V2版本不稳定，改进后B版本性能相对稳定。其工作电压为1.8~3.6 V,20引脚QFN封装（4 mmx4 mm），可工作在240~930 MHz频段；内部集成分集天线、功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、64字节发送和接收数据FIFO,可配置GPIO等。Si4432使用时所需的外部元件很少，1个30 MHz晶体振动、几个电容器和电感器可以形成高可靠性的收发系统，设计简单，成本低。
Si接收灵敏度达到-121 dB,在扩大传输范围的同时，可以提供优良的链路质量，最大限度地降低功耗；最小滤波带宽2.6 kHz,频道选择性极佳；240~930 MHz在频段内，当没有外部功率放大器时，可以达到最大输出功率+20 dBm,设计良好时，收发距离最远可达2km.Si443 2可适用于无线数据通信、无线遥控系统、小型无线网络、小型无线数据终端、无线抄表、门禁系统、无线遥感监控、水文气象监控、机器人控制等领域。
Si本设计采用发射模式、接收模式、睡眠模式三种模式。当芯片在睡眠模式下工作时，外部晶振器关闭，唤醒定时器使用内部32.768 kHz晶振作为时钟源，每个周期都在nIRQ脚上有一个低电平，可以通过外部中断唤醒SH79F64,SH79F64通过SPI口读相关寄存器关寄存器的状态Si4432是否收到前导码或同步码，决定是否让步Si4432进入接收状态。Si当4432处于睡眠状态时，电流只有1μA。Si当4432处于睡眠状态时，电流只有1μA。
为防止射频干扰，无线收发单元采用射频板单独制版，并用金属罩屏蔽。在本文的设计方案中，GP1接单片机的INT0口，GP2接P5.1口，GP3接P0.6口，GP4接P0.6.GP5接P5.0。
图2 射频收发单元电路图
1.3 低功耗传感器单元
温湿度测量单元采用温湿度测量单元SENSIRON公司具有休眠功能SHT75温湿度传感器，包括电容聚合体湿度测量元件和能隙温度测量元件，以及14位A/D在同一芯片上实现转换器和串行接口电路的无缝连接。SHT75采用串行接口，其分辨率可根据现场采集率进行调整。一般默认测量分辨率为14 bit（温度）、12bit(湿度)如果高速采集，可以分别降至12 bit和8 bit,温度范围：-40~123.8℃，湿度范围：0~100%RH.操作简单，只需要一组"启动传输"传感器数据传输的初始化可以在测量和通信后实现，SHT75会自动转入休眠模式，大大降低功耗。
文中对SHT75采用3.3 V供电，SHT75的SCK脚接单片机SCL口，DATA脚接单片机SDA口。
CO采用2浓度测量GSS公司的COZIR-W-100型传感器的功耗只有3.5 mW,温度补偿、湿度补偿、日夜环境感知。预热时间仅10 s,量程100%.性能：1)功耗3.5 mW;2）峰值电流33 mA;3)平均电流小于1.1 mA;4）电源3.3 V;5）T90小于4 s;6)标准型号温度范围0~500℃（可扩展-25~55℃）；7)湿度适用范围0~95%RH;8)储存温度-30~+70℃；9)尺寸:传感器18 mmx20 mm.
COZIR除3外，连接简单.3 V除了电源和地线，还有RX和TX引脚可直接连接单片机UART口。使用所有通信ASCII代码、命令格式按文献规定执行。传感器有三种工作模式：命令模式（Command Mode），流模式（Streaming Mode）和查询模式（Polling Mode）。
命令模式适用于从传感器中提取大量数据传感器中提取大量数据。.5 mW.工厂默认采用流模式在模式下，传感器每秒产生两个测量数据。除了测量过程中，传感器还会及时处理收到的命令，因此传感器在处理命令时可能会出现100 ms该工作模式的功耗为3.5 mW.传感器在查询模式时不会产生数据，但周期性测量在后台继续，当传感器收到读取命令时，将最近的测量值转换为数据发送。查询模式的功耗与查询频率有关，但接近3.5mW.
文中将COZIR接收单片机的通信口EUART0口，COZIR查询模式下的工作（Polling Mode）。
2 软件设计
软件开发环境为Keil uVision3,使用C51语言。系统的无线通信部分采用标准MODBUS协议，点对多点通信。主机使用相同的电路去除传感器部件并增加USB与UART桥接芯片CP2102,通过USB口连接PC机。PC机在安装Silicon Labs公司提供的免费驱动程序通过后USB虚拟出一个接口COM口。从机是无线测量节点，每个节点都有一个唯一的地址，工作模式是主站轮询，从站监控模式。节点软件的主要流程如图3所示。