随着传感器技术、嵌入式技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术的快速进步,能够实时监测、感知、采集和处理各种监测对象信息的无线传感器网络,凭借其可观的实用价值和广阔的应用前景,成为当今世界最受关注的前沿科技研究热点之一。传感器节点的软硬件设计是无线传感器网络研究的重要组成部分。由ATmega128L和CC2420等主要芯片构成的GAINZ开发板提供了低成本的硬件平台;IEEE802.15.4标准定义了物理层和MAC(MediaAccess Control)层,为传感器节点的底层软件设计提供了参考。无线传感器网络的一大特点是其应用的多样性,因此传感器节点的软件设计需要基于具体应用选用网络层及其上层协议。尽管有很多研究机构通过理论分析和仿真来判断和比较上层协议的优劣,但是真实环境下的观测试验在结果的可信度方面具有网络仿真方法无可比拟的优势。为了搭建一个可以实际组网观测性能的实验环境,很多致力于无线传感器网络上层协议研究的科研人员不得不在传感器节点物理层和MAC层的软件设计上消耗大量精力。考虑到这样的实际问题,本文通过模块化分割传感器节点基本功能的设计方法和面向过程的具体编程实现方案,基于IEEE802.15.4标准,实现传感器节点的底层软件设计。本文将物理层数据采集、物理层无线收发、MAC层CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)信道接入和帧格式的设计作为传感器节点必须具备的基本功能,给出了各基本功能模块的设计思路及其实现的具体步骤。基于此设计,多个普通传感器节点可以将采集到的数据通过无线信道传送到汇聚节点,组成一个星型拓扑的无线传感器网络。为了在PC(Personal Computer)查看汇聚节点的工作状况,本文设计了一个可在Windows系统下运行的任务监测工具,方便地将汇聚节点收到的数据包显示在友好的人机交互界面上。使用串行线连接GAINZ平台和PC上的串行通信接口,用户可以通过该工具实时观察汇聚节点收到的每个数据包的地址信息、序列号和数据信息。同时,该工具将关键的数据信息保存为文本格式文档,备日后分析查阅。本文还设计了一个任务发布工具,供PC端用户实时控制无线传感器网络的工作状态。综上,本文提出了一种无线传感器网络节点软件设计的新思路,基于GAINZ硬件平台完成了基于IEEE802.15.4标准的传感器节点物理层和MAC层功能的软件设计,开发出配套的PC端监测工具和任务发布工具,搭建了一个完整的无线传感器网络环境。