基于CC2530 及ZigBee 協議棧設計無線網絡傳感器節點
計算機系統應用 年第卷第期 送相應傳感器節點的物理地址及測量指令協調器通界面用來顯示節點加入和退出絡的信息監測區域 過串口從機收到物理地址后會向與其相對應的傳的數據。模塊用來顯示網絡連接的狀態 感器節點發送數據傳達測量指令。傳感器節點收到數用來增大輸出功率。通訊接口采用標準的 將收 據后通過傳感器測量數據然后將測量結果發送給協集的數據通過串口上傳到計算機采用 調器并在機端進行顯小。 電平和電平進行轉換。當數據從節點上傳 到計算機時 將電平轉換為 電平 系統硬件設計 供計算機讀取當計算機給節點發送數據時 本設計傳感器模塊采用數字式傳感器 來采則將 電平轉化為電協調器硬件框架如 集溫度、濕度數據該傳感具冇相對濕度和溫度一體圖所小。 測量、超快的響應時間等優良特性。對臺燈和窗簾的 傳感器節點設計 控制是通過繼電器 來實現的處理器模塊和無 傳感器節點相對協調器節點來說功能比較簡單 線通信模塊采用 花片外加低功耗射頻前端不需要進行復來的數狐處理接口外設也比較小因此 用來放人輸出功率人人簡化了射頻電路的設采用。芯片外接 功放模塊電源模 計能量供應模塊采用節可充電「電池負責為系統塊時鐘模塊模塊組成。 處理器先把采集 提供能量。 的數據信號進行模數轉換然后進行處理通過 是公司推出的款高性能、低成本的功放芯片發給協調器節點。由」 內部集成∫ 前端集成了開關電感響平衡不平衡網絡交換機 兀配網絡所以在輸入輸出部分不需要增加額 匹網絡功率放大器等功能?？蓪⑤敵龉β侍岣咄獾钠ヅ渚W絡其 使件設計主要部 接收靈敏度提高 可與公司的分連接原理如圖所示。 所有 收發器、發送器和連接大大改善 VDD VD 了性能實現用極少的外圍電路實現高輸出功率 協調器節點設計 TLISE Inductor CC2530 ANT CC2591 RFN L△ P人三NPL 硬件主要鄣分連接原理圖 LED燈 的 引腳都連接到 的端口 巾單片機來控制。 圖協調器節點硬件框架圖 當為高電平表示 接收數據時是高 增益模式當 為低電平表示 接收數據 協調器節點負貢調度各傳感器節點工作其運行時是低增益模式。而引腳和 引腳在 直接影響系統的穩定性。協謂器節點采用 正常工作時候置為高電平當其進入低功耗模 芯片該芯片只有 可編程閃存改冇串口模塊、式時候將其置為低電平這樣可以降低功耗。經試驗采 顯示模塊 指示燈、品振模塊電源模塊、用 以后 網絡的通信距離在視 模塊 模塊是用戶和傳感器網絡的交互野好的開訚環境可達以上。 經驗交流 中國科學院軟件研究所htp:/www.c-s-a.org.cn 年第卷第期 計算機系統應用 軟件設計 重復發現和綁定過程其軟件流程如圖所示。 協調器節點軟件設計 協調器節點的軟件改計主要指節點底層部分的編 設備初始化 程本文采用公司 提供支持的免費 協議棧軟件以 版本中 掃描可用信道 移除綁定 入尖敗進 例程為基礎以語言為編程語言在 入體民狀態 到信杉 用模板的基礎上通過改動程序來建立所需要的 監嚇信枟擇 主節點 項目程序中嵌入了實時操作系統用于對網絡組建、節 N 采集數精并 發送給辦調器 有未被請的 向可用網絡 點加入、數據收發等功能運行統一調度其具體的軟件 主節點么2 發入網清求 流程如圖所示并根據系統要求實現網絡協議的成本 優化選擇。協調器節點建立網絡函數為 Y入網成發 成功后會在上顯示 圖傳感器節點軟件流程圖 該節點為協調器顯示網絡號并自動進入允許綁定 模式函數為 對傳感器發送的綁 管理機軟件設計 定請求作出響應。如果綁定成功收集傳感器節點發送 在機中上位機管理軟件采用面向對象的 的數據通過 開發用戶通過管理軟件可直觀看到整個~終的 拓撲結構可査詢某傳感器節點的地址、溫度值、濕度 開始 值、電壓值、及所監測點的實時溫度曲線等用戶想查 節點上電 發送數據 看某節點信息只需點擊機上相應節點即可。串口 信道掃描并 建立網絡 通信在無線傳感器樹絡中是|分重要的因為所有傳 采集傳 姜收加入 感器節點采集到數據都是通過串口發送給上位機的 網絡請求 成功 子節點加失敗 他是連接無線傳感器網絡與機的通道。而協調器 矩地址 人網絡 同分配 節點的計算及存儲能力較弱收到的數據包需通過串 發送入網 口立刻發送到機機為避兔口數據被下一次發 加入失敗,節點分配短地址 歸入體狀態 送所覆蓋需要對串凵緩沖區進行管理為此程序編寫 類實現相應功能。 圖協調器節點軟件流程圖 ≠一實驗及結果分析 由于本文采用 來增大功率需外接退耦電 為了測試所設計的傳感器節點的覆蓋范圍及穩定 容以保證良好的接地性能在軟件里對性將溫度、濕度傳感器光敏電阻傳感器分別連接至傳 進行補償具體定義如下 感器節點的相應端口先通過串口調試助手測試數據 接受和發送情況在數據發送接受正常的情況下設置 無障礙實驗環境測得點對點的通訊距離可達以 上:。同時構建最簡單的星型網絡傳感器節點與協調器 傳感器節點軟件設計 節點相距 每發送完次數據后使進入休眠狀 傳感器節點能自動加入網絡發出綁定請求兩數為態后恢復再次發送數據連續監測協調器顯 等待協調器節點綁定響應為成功完小接收到旳數據信息并將接攻到的數據通過帛口上傳 成綁定操作。如果沒有發現協調器節點將周期性地繼到機中。實表眀整個傳輸過稈沒有岀現丟包現 續搜索。 象而且采集到的數據值準確表明系統只冇較好的可 綁定成功后周期性發送溫度電壓值給協調靠性和穩定性 礐,如果沒有收到協調器的應答傳慼器移除本次綁定 下轉第頁 經驗交 中國科學院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn 計算機系統應用 年第卷第期 則主婆是根據每個用戶的工作性質,分別賦予不同的據量與種類的與凵增加,服務器性能的承載能力如何 用戶等級(級最大,可下載數據種類最多,級最還需要進一步的測試并以此調整系統。 小,也是用戶注冊時査詢下載系統自動賦予的最初權 限等級 參考文獻 趙子鵬袁國忠喬健譯 寶典北 京人民郵電出版社 “氣象數據存貯管理系統”為我局業務和科研人 朱曄金迎春譯 范例代碼查詢辭典 員在數據疢取上提供一個便捷通道,大大減輕了數據北京人民郵電出版社 管理人員在這方面的重復手工操作,提高了工作效率。 張淑萍地級市氣象數據庫的設計與實現農業內絡信 同時,又將數據統一、有序管理起來,實現了氣象數 據的存儲、管理、以及服務的整合和一體化。 王海龍楊忠霞陳朝輝昌東柏尹英漢地級市氣象信息內 需要指出的是,存儲數據的服務器、“氣象數據存 絡數據庫系統建設及應用氣象環境科學 增刊 貯管理系統”、 以及 均部署于一 同服務器,可實現最快的數據查詢下載服務,同時b王婉姚博周鳴服務器的建立及客戶端的使用河南 也方便管理。該系統目前處于初步運轉階段,隨著數 氣象 上接第頁 結語 本文在介紹無線傳感器網絡相關知識的基礎上 模塊為硬件基礎外加 功放模塊基 于 通訊協議進行組網。文中闡述了組成無 wW.C-s-. org. cr 線傳感器網絡所需的傳感器節點協調器節點管理 機等的軟硬件設計方法及流程圖等。經測試米用公 司第二代片上系統 設計的節點間的通訊距離 遠大于第一代產品通訊更可靠。 參考文獻 李義段帆玉 臺宏達山國會宋俁業等 協議棧的無線傳感 線網絡與無線定位實戰北 京北京航空航天大學出版社 執行網絡杓建單片機與嵌入式系統 實用案例 中國科學院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn