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《一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計論文摘要：動態(tài)數(shù)據(jù)采集有著采集范圍大、采集點眾多、數(shù)據(jù)通信困難、布線空間有限、自動作業(yè)等特點，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡的采集系統(tǒng)很難滿足這種應用要求。提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案，具有低功耗、靈活性強、可擴展好、體積小、成本低等特點，解決了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)的設計瓶頸，并具有新的優(yōu)異特性。關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；動態(tài)數(shù)據(jù)采集；ZigBee；TinyOS1引言無線傳感器網(wǎng)絡是是一門新興的信息技術，由一組按需隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元、無線通信模塊和能量供應模塊的微型傳感器節(jié)點以自組
2、織方式構成的無線網(wǎng)絡,.freelica系列和telos系列節(jié)點，它們采用目前應用最廣泛的TinyOS嵌入式網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。3.1mica系列節(jié)點mica系列節(jié)點包括SP430。(3)telos本身就有SHT11溫濕度一體化器件，能夠作為獨立的傳感器節(jié)點使用。(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)
3、關，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-的橋連接，可以直接通過USB接口供電、編程和控制，進一步簡化外部接口。3.3本系統(tǒng)節(jié)點硬件平臺本系統(tǒng)的硬件設計參考telos平臺，是telos平臺一次再設計過程。系統(tǒng)設計弱化傳感器部分的設計，對無線通信模塊選用射頻模塊電路，設計重點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)應用性，添加了PC接口電路，使得本設計可以作為動態(tài)終端節(jié)點，亦可以作為服務器的網(wǎng)關。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
4、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，當設計作為網(wǎng)關時選擇USB供電，當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)絡節(jié)點設計相比，結構上具有一致性，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)絡操作系統(tǒng)TinyOS是加州大學伯克利分校開發(fā)的一種開源的嵌入式網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，基于組件化編程，是針對無線傳感器網(wǎng)絡設計的一種操作系統(tǒng)。TinyOS的程序采用模塊化設計
5、，程序核心都很小，一般來說核心代碼和數(shù)據(jù)大概在400Bytes左右，突破了傳感器節(jié)點存儲資源少的限制，這使得TinyOS能很有效的運行在無線傳感器網(wǎng)絡上并去執(zhí)行相應的管理工作。TinyOS的組件有四個相互關聯(lián)的部分：一組命令處理程序句柄、一組事件處理程序句柄、一個經(jīng)過封裝的私有數(shù)據(jù)幀和一組簡單任務；任務、命令和事件處理程序在幀的上下文中執(zhí)行并切換幀的狀態(tài)。為了易于實現(xiàn)模塊化，每個組件還聲明了自己使用的接口及其要用信號通知的事件，這些聲明將用于組件的相互連接。如圖3所示為一個支持多跳無線通信的組件集合與這些組件之間的關系，上層組件對下層組件發(fā)命令，下層組件對
6、上層組件發(fā)信號通知事件的發(fā)生，最低層的組件直接和硬件打交道。TinyOS的組件通常可以分為以下三類：硬件抽象組件、合成組件、高層次的軟件組件；硬件抽象組件將物理硬件映射到TinyOS組件模型中，合成硬件組件模擬高級硬件的行為，高層次軟件模塊完成控制、路由以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。TinyOS使用基于事件的執(zhí)行方式以滿足無線傳感器網(wǎng)絡需要的高水平運行效率。事件模塊在一個較小的空間內允許高效并發(fā)處理運行。當事件被觸發(fā)后，CPU會迅速處理所有與發(fā)出信號事件關聯(lián)的任務;當該事件以及所有關聯(lián)任務被處理完畢后，將未被使用的CPU循環(huán)置于睡眠狀態(tài)而不是積極尋找下一個活躍的事件。
7、TinyOS這種事件驅動方式使得系統(tǒng)高效地使用CPU資源，保證了能量的高效利用。4結語無線傳感器網(wǎng)絡是一門新興的信息技術，本文著眼無線傳感器節(jié)點硬件平臺的設計，完成了硬件模塊的劃分、芯片的選型、軟件系統(tǒng)以及通信方式的選擇，設計出了針對動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡，具有低功耗、擴展性好、靈活性強、成本低等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以達到的特性。
