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《一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 摘要：動態(tài)數(shù)據(jù)采集有著采集范圍大、采集點(diǎn)眾多、數(shù)據(jù)通信困難、布線空間有限、自動作業(yè)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡(luò)的采集系統(tǒng)很難滿足這種應(yīng)用要求。提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，具有低功耗、靈活性強(qiáng)、可擴(kuò)展好、體積小、成本低等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)的設(shè)計瓶頸，并具有新的優(yōu)異特性。 關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)數(shù)據(jù)采集；ZigBee；TinyOS 1引言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是是一門新興的信息技術(shù)，由一組按需隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、
2、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊的微型傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò),融合了信息處理技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。 對于動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集節(jié)點(diǎn)來說，其硬件設(shè)計主要有三點(diǎn)要求。第一，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集對象往往是目標(biāo)的溫度、濕度、速度等參數(shù)，整個系統(tǒng)需要在無人環(huán)境下長期正常工作，因此低功耗設(shè)計是動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首要要素；第二，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理數(shù)率較低、數(shù)據(jù)傳輸量少、主要采用無線傳輸?shù)男问?，因此選擇無須許可的、合適、低價的通信方式是保證動態(tài)數(shù)據(jù)
3、采集系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。第三，系統(tǒng)采集的對象主要是人體、動物、車輛等等動態(tài)目標(biāo)，為了實現(xiàn)監(jiān)控的方便，采集節(jié)點(diǎn)還必須要滿足體積小、靈活性等特點(diǎn)。 2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計包括了傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線通信單元和電源管理單元，以及用戶接口等一些擴(kuò)展設(shè)計單元，如圖1： 3節(jié)點(diǎn)硬件分析 目前，兩種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究平臺是mica系列和telos系列節(jié)點(diǎn)，它們采用目前應(yīng)用最廣泛的TinyOS嵌入式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 3.1mica系列節(jié)點(diǎn) mica系列節(jié)
4、點(diǎn)包括Wec、Renee、mica2、mica2dot、Spec、micaz等，其中一些已經(jīng)被Crossbow公司產(chǎn)品化。mica系列節(jié)點(diǎn)在硬件上由兩個部分組成，一個模塊是運(yùn)算和通信平臺，另一個模塊是傳感器平臺。兩者之間通過51針的自定義接口連接。這種統(tǒng)一的接口使得不同的通信平臺和不同的傳感器平臺之間可以自由的組合。mica系列節(jié)點(diǎn)目前很大程度上都是作為研究使用的。為了能夠方便地對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行程序功能更新，Crossbow公司開發(fā)了一系列的開發(fā)工具，例如:MIB500、MIB510、MIB600等。 3.2telos系列節(jié)點(diǎn)3
5、 telos節(jié)點(diǎn)是美國國防部DARPA支持NEST項目的一個部分，與mica系列比較，它的設(shè)計結(jié)構(gòu)有很大變動。 (1)在通信模塊選擇上，采用TI公司的支持IEEE802.15.4協(xié)議的CC2420芯片，這與micaz節(jié)點(diǎn)是一致的；250kbps的數(shù)據(jù)收發(fā)速率可以使節(jié)點(diǎn)更快的完成事件的處理，快速休眠，節(jié)省系統(tǒng)能量。而且CC2420支持ZigBee協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議有利于實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的互通。 (2)采用TI公司的超低功耗微處理器芯片MSP430。 (3)telos本身就有SHT11溫濕度一體化器件，能夠作為獨(dú)立的傳感器
6、節(jié)點(diǎn)使用。 (4)telos沒有mica2那樣豐富的外部引腳，只有一個10腳的接口，一方面可以連接簡單的傳感器板，另一方面可以通過一塊適配板與mica2系列部件互聯(lián)。通過適配板，telos和mica2通過UART可以實現(xiàn)一個2.4GHz的IEEE802.15.4到CC1000的915MHz-ISM頻段之間的網(wǎng)關(guān)，通過適配板，telos還可以直接控制與mica2連接的傳感器板。 (5)使用USB-COM的橋連接，可以直接通過USB接口供電、編程和控制，進(jìn)一步簡化外部接口。 3.3本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)硬件平臺 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計參
7、考telos平臺，是telos平臺一次再設(shè)計過程。系統(tǒng)設(shè)計弱化傳感器部分的設(shè)計，對無線通信模塊選用射頻模塊電路，設(shè)計重點(diǎn)在微處理器模塊地電路實現(xiàn)上。同時，為了增加動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用性，添加了PC接口電路，使得本設(shè)計可以作為動態(tài)終端節(jié)點(diǎn)，亦可以作為服務(wù)器的網(wǎng)關(guān)。 動態(tài)數(shù)據(jù)采集硬件平臺上選用MSP430F149微處理器芯片和FLASH芯片AT45DB041B分別作為處理器單元和存儲單元；選用FT232BM芯片完成MSP430的BSL編程電路和MSP430與PC的串行通信接口；選用CC2420射頻模塊完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)；在電源管理上
8、，當(dāng)設(shè)計作為網(wǎng)關(guān)時選擇USB供電，當(dāng)作為終端可用干電池供電。硬件原理框圖如圖2所示,與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計相比，結(jié)構(gòu)上具有一致性，同樣具有采集單元、處理和控制單元、無線通信單元和電源管理單元。 3.4TinyOS嵌入式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) Tin
