基于CC2530 及ZigBee 協(xié)議棧設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用 年第卷第期 送相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的物理地址及測(cè)量指令協(xié)調(diào)器通界面用來(lái)顯示節(jié)點(diǎn)加入和退出絡(luò)的信息監(jiān)測(cè)區(qū)域 過(guò)串口從機(jī)收到物理地址后會(huì)向與其相對(duì)應(yīng)的傳的數(shù)據(jù)。模塊用來(lái)顯示網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài) 感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)傳達(dá)測(cè)量指令。傳感器節(jié)點(diǎn)收到數(shù)用來(lái)增大輸出功率。通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)的 將收 據(jù)后通過(guò)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)然后將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給協(xié)集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口上傳到計(jì)算機(jī)采用 調(diào)器并在機(jī)端進(jìn)行顯小。 電平和電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)上傳 到計(jì)算機(jī)時(shí) 將電平轉(zhuǎn)換為 電平 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 供計(jì)算機(jī)讀取當(dāng)計(jì)算機(jī)給節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 本設(shè)計(jì)傳感器模塊采用數(shù)字式傳感器 來(lái)采則將 電平轉(zhuǎn)化為電協(xié)調(diào)器硬件框架如 集溫度、濕度數(shù)據(jù)該傳感具冇相對(duì)濕度和溫度一體圖所小。 測(cè)量、超快的響應(yīng)時(shí)間等優(yōu)良特性。對(duì)臺(tái)燈和窗簾的 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 控制是通過(guò)繼電器 來(lái)實(shí)現(xiàn)的處理器模塊和無(wú) 傳感器節(jié)點(diǎn)相對(duì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)功能比較簡(jiǎn)單 線通信模塊采用 花片外加低功耗射頻前端不需要進(jìn)行復(fù)來(lái)的數(shù)狐處理接口外設(shè)也比較小因此 用來(lái)放人輸出功率人人簡(jiǎn)化了射頻電路的設(shè)采用。芯片外接 功放模塊電源模 計(jì)能量供應(yīng)模塊采用節(jié)可充電「電池負(fù)責(zé)為系統(tǒng)塊時(shí)鐘模塊模塊組成。 處理器先把采集 提供能量。 的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換然后進(jìn)行處理通過(guò) 是公司推出的款高性能、低成本的功放芯片發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。由」 內(nèi)部集成∫ 前端集成了開(kāi)關(guān)電感響平衡不平衡網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 兀配網(wǎng)絡(luò)所以在輸入輸出部分不需要增加額 匹網(wǎng)絡(luò)功率放大器等功能。可將輸出功率提高外的匹配網(wǎng)絡(luò)其 使件設(shè)計(jì)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(fā)器、發(fā)送器和連接大大改善 VDD VD 了性能實(shí)現(xiàn)用極少的外圍電路實(shí)現(xiàn)高輸出功率 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 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(jī)來(lái)控制。 圖協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件框架圖 當(dāng)為高電平表示 接收數(shù)據(jù)時(shí)是高 增益模式當(dāng) 為低電平表示 接收數(shù)據(jù) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)貢調(diào)度各傳感器節(jié)點(diǎn)工作其運(yùn)行時(shí)是低增益模式。而引腳和 引腳在 直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。協(xié)謂器節(jié)點(diǎn)采用 正常工作時(shí)候置為高電平當(dāng)其進(jìn)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(shí)候?qū)⑵渲脼榈碗娖竭@樣可以降低功耗。經(jīng)試驗(yàn)采 顯示模塊 指示燈、品振模塊電源模塊、用 以后 網(wǎng)絡(luò)的通信距離在視 模塊 模塊是用戶和傳感器網(wǎng)絡(luò)的交互野好的開(kāi)訚環(huán)境可達(dá)以上。 經(jīng)驗(yàn)交流 中國(guó)科學(xué)院軟件研究所htp:/www.c-s-a.org.cn 年第卷第期 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用 軟件設(shè)計(jì) 重復(fù)發(fā)現(xiàn)和綁定過(guò)程其軟件流程如圖所示。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件改計(jì)主要指節(jié)點(diǎn)底層部分的編 設(shè)備初始化 程本文采用公司 提供支持的免費(fèi) 協(xié)議棧軟件以 版本中 掃描可用信道 移除綁定 入尖敗進(jìn) 例程為基礎(chǔ)以語(yǔ)言為編程語(yǔ)言在 入體民狀態(tài) 到信杉 用模板的基礎(chǔ)上通過(guò)改動(dòng)程序來(lái)建立所需要的 監(jiān)嚇信枟擇 主節(jié)點(diǎn) 項(xiàng)目程序中嵌入了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)組建、節(jié) N 采集數(shù)精并 發(fā)送給辦調(diào)器 有未被請(qǐng)的 向可用網(wǎng)絡(luò) 點(diǎn)加入、數(shù)據(jù)收發(fā)等功能運(yùn)行統(tǒng)一調(diào)度其具體的軟件 主節(jié)點(diǎn)么2 發(fā)入網(wǎng)清求 流程如圖所示并根據(jù)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的成本 優(yōu)化選擇。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為 Y入網(wǎng)成發(fā) 成功后會(huì)在上顯示 圖傳感器節(jié)點(diǎn)軟件流程圖 該節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)器顯示網(wǎng)絡(luò)號(hào)并自動(dòng)進(jìn)入允許綁定 模式函數(shù)為 對(duì)傳感器發(fā)送的綁 管理機(jī)軟件設(shè)計(jì) 定請(qǐng)求作出響應(yīng)。如果綁定成功收集傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送 在機(jī)中上位機(jī)管理軟件采用面向?qū)ο蟮?的數(shù)據(jù)通過(guò) 開(kāi)發(fā)用戶通過(guò)管理軟件可直觀看到整個(gè)~終的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可査詢某傳感器節(jié)點(diǎn)的地址、溫度值、濕度 開(kāi)始 值、電壓值、及所監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度曲線等用戶想查 節(jié)點(diǎn)上電 發(fā)送數(shù)據(jù) 看某節(jié)點(diǎn)信息只需點(diǎn)擊機(jī)上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可。串口 信道掃描并 建立網(wǎng)絡(luò) 通信在無(wú)線傳感器樹(shù)絡(luò)中是|分重要的因?yàn)樗袀?采集傳 姜收加入 感器節(jié)點(diǎn)采集到數(shù)據(jù)都是通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)的 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求 成功 子節(jié)點(diǎn)加失敗 他是連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與機(jī)的通道。而協(xié)調(diào)器 矩地址 人網(wǎng)絡(luò) 同分配 節(jié)點(diǎn)的計(jì)算及存儲(chǔ)能力較弱收到的數(shù)據(jù)包需通過(guò)串 發(fā)送入網(wǎng) 口立刻發(fā)送到機(jī)機(jī)為避兔口數(shù)據(jù)被下一次發(fā) 加入失敗,節(jié)點(diǎn)分配短地址 歸入體狀態(tài) 送所覆蓋需要對(duì)串凵緩沖區(qū)進(jìn)行管理為此程序編寫 類實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。 圖協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件流程圖 ≠一實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 由于本文采用 來(lái)增大功率需外接退耦電 為了測(cè)試所設(shè)計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍及穩(wěn)定 容以保證良好的接地性能在軟件里對(duì)性將溫度、濕度傳感器光敏電阻傳感器分別連接至傳 進(jìn)行補(bǔ)償具體定義如下 感器節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)端口先通過(guò)串口調(diào)試助手測(cè)試數(shù)據(jù) 接受和發(fā)送情況在數(shù)據(jù)發(fā)送接受正常的情況下設(shè)置 無(wú)障礙實(shí)驗(yàn)環(huán)境測(cè)得點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊距離可達(dá)以 上:。同時(shí)構(gòu)建最簡(jiǎn)單的星型網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn)相距 每發(fā)送完次數(shù)據(jù)后使進(jìn)入休眠狀 傳感器節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)發(fā)出綁定請(qǐng)求兩數(shù)為態(tài)后恢復(fù)再次發(fā)送數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測(cè)協(xié)調(diào)器顯 等待協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)綁定響應(yīng)為成功完小接收到旳數(shù)據(jù)信息并將接攻到的數(shù)據(jù)通過(guò)帛口上傳 成綁定操作。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將周期性地繼到機(jī)中。實(shí)表眀整個(gè)傳輸過(guò)稈沒(méi)有岀現(xiàn)丟包現(xiàn) 續(xù)搜索。 象而且采集到的數(shù)據(jù)值準(zhǔn)確表明系統(tǒng)只冇較好的可 綁定成功后周期性發(fā)送溫度電壓值給協(xié)調(diào)靠性和穩(wěn)定性 礐,如果沒(méi)有收到協(xié)調(diào)器的應(yīng)答傳慼器移除本次綁定 下轉(zhuǎn)第頁(yè) 經(jīng)驗(yàn)交 中國(guó)科學(xué)院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用 年第卷第期 則主婆是根據(jù)每個(gè)用戶的工作性質(zhì),分別賦予不同的據(jù)量與種類的與凵增加,服務(wù)器性能的承載能力如何 用戶等級(jí)(級(jí)最大,可下載數(shù)據(jù)種類最多,級(jí)最還需要進(jìn)一步的測(cè)試并以此調(diào)整系統(tǒng)。 小,也是用戶注冊(cè)時(shí)査詢下載系統(tǒng)自動(dòng)賦予的最初權(quán) 限等級(jí) 參考文獻(xiàn) 趙子鵬袁國(guó)忠喬健譯 寶典北 京人民郵電出版社 “氣象數(shù)據(jù)存貯管理系統(tǒng)”為我局業(yè)務(wù)和科研人 朱曄金迎春譯 范例代碼查詢辭典 員在數(shù)據(jù)疢取上提供一個(gè)便捷通道,大大減輕了數(shù)據(jù)北京人民郵電出版社 管理人員在這方面的重復(fù)手工操作,提高了工作效率。 張淑萍地級(jí)市氣象數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)內(nèi)絡(luò)信 同時(shí),又將數(shù)據(jù)統(tǒng)一、有序管理起來(lái),實(shí)現(xiàn)了氣象數(shù) 據(jù)的存儲(chǔ)、管理、以及服務(wù)的整合和一體化。 王海龍楊忠霞陳朝輝昌東柏尹英漢地級(jí)市氣象信息內(nèi) 需要指出的是,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的服務(wù)器、“氣象數(shù)據(jù)存 絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用氣象環(huán)境科學(xué) 增刊 貯管理系統(tǒng)”、 以及 均部署于一 同服務(wù)器,可實(shí)現(xiàn)最快的數(shù)據(jù)查詢下載服務(wù),同時(shí)b王婉姚博周鳴服務(wù)器的建立及客戶端的使用河南 也方便管理。該系統(tǒng)目前處于初步運(yùn)轉(zhuǎn)階段,隨著數(shù) 氣象 上接第頁(yè) 結(jié)語(yǔ) 本文在介紹無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上 模塊為硬件基礎(chǔ)外加 功放模塊基 于 通訊協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)。文中闡述了組成無(wú) wW.C-s-. org. cr 線傳感器網(wǎng)絡(luò)所需的傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)管理 機(jī)等的軟硬件設(shè)計(jì)方法及流程圖等。經(jīng)測(cè)試米用公 司第二代片上系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)間的通訊距離 遠(yuǎn)大于第一代產(chǎn)品通訊更可靠。 參考文獻(xiàn) 李義段帆玉 臺(tái)宏達(dá)山國(guó)會(huì)宋俁業(yè)等 協(xié)議棧的無(wú)線傳感 線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線定位實(shí)戰(zhàn)北 京北京航空航天大學(xué)出版社 執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)杓建單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng) 實(shí)用案例 中國(guó)科學(xué)院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn