無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計　　摘要：本設(shè)計介紹了由多種傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來采集數(shù)據(jù)，每個節(jié)點以CC2530芯片為主要結(jié)構(gòu)，不同的傳感器節(jié)點以組成網(wǎng)絡(luò)的方式連接在一起，傳感器將采集的信息存儲到CC2530芯片的閃存中，由CC2530芯片通過無線射頻裝置進行數(shù)據(jù)傳輸，逐級傳輸給匯聚節(jié)點。通過本設(shè)計，可以實現(xiàn)對環(huán)境中煙霧濃度、光線亮度以及土壤濕度等數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測?！　￡P(guān)鍵詞：傳感器；節(jié)點；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；CC2530；　　一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)　　在本設(shè)計中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)是在采用IEEE802.15.4協(xié)議基礎(chǔ)上形成的Zigbee無線短距離傳輸協(xié)

2、議，通過兩個終端節(jié)點和一個路由節(jié)點組成一個網(wǎng)絡(luò)。?@些設(shè)備分別搭載著功能各異的傳感器，分別是煙霧、光敏以及土壤濕度傳感器。這些傳感器所處的終端節(jié)點會收集它們所能感知的數(shù)據(jù)，并且可以通過LCD液晶顯示器顯示出來。在本設(shè)計中由于終端個數(shù)有限，暫時展示三個節(jié)點上的信息。在傳感器的選擇上，此次系統(tǒng)將選擇土壤濕度傳感器，煙霧傳感器和光敏傳感器來使用。主要為室內(nèi)農(nóng)作物的培育提供一定的科學(xué)依據(jù)，土壤濕度傳感器檢測農(nóng)作物生存的土壤環(huán)境，煙霧傳感器檢測農(nóng)作物生長的氣體環(huán)境，光敏傳感器檢測農(nóng)作物生長的光強環(huán)境，以保證農(nóng)作物可以正常養(yǎng)成?！　《?、硬件設(shè)計　　（一）CC2530芯片　

3、　CC2530芯片可以使用廉價的制作材料來創(chuàng)立一個功能十分優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在此次系統(tǒng)設(shè)計中使用256K版本的CC2530芯片，原因有：低功耗，可以切換主動、供電模式和電壓限制；微控制器，具有非常優(yōu)良的性能，可以完好無損的保存數(shù)據(jù)、預(yù)取代碼、調(diào)試硬件；RF/布局，具有極強的抗干擾能力，接收數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確而且靈敏，靈敏度非常高；支持多種外設(shè)。　?。ǘ㎝Q-2煙霧傳感器　　MQ-2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在我們平常清潔空氣時電導(dǎo)率相對來說很低的二氧化錫。選擇MQ-2的原因有很多，其一是因為它對諸如氫氣、甲烷、液化氣之類的可燃性氣體的檢測效果都比較好，適用范圍廣且

4、靈敏度較高；其二是因為在特定的工作環(huán)境中（比如二百到三百的高溫）下能檢測到煙霧的存在；其三是因為它設(shè)計比較簡單，制作方便，在成本方面的控制比較好?！　。ㄈ┕饷魝鞲衅鳌　」饷魝鞲衅魇抢霉饷粼⒐庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號的傳感器。它能感應(yīng)到多種可見的和不可見的光信號，在適用場合，靈敏度和造價方面效果都比較好。本設(shè)計中光敏傳感器與CC2530芯片連接在一起，作為一個終端傳感器節(jié)點，實時監(jiān)測光的強度信息，并將這些信息發(fā)送給上一級節(jié)點協(xié)調(diào)器?！　。ㄋ模┩寥罎穸葌鞲衅鳌　⊥寥罎穸葌鞲衅魇抢脤穸让舾性骷穸刃盘栟D(zhuǎn)化為電信號的傳感器。特點是在元器件的主要探測部位用一層對

5、濕度敏感的材料所作成的一種膜狀物進行全部涂抹。這樣當(dāng)土壤濕度傳感器在監(jiān)測地工作時，其探測部位的電阻或電容就會隨著空氣或土壤中的水汽碰到感濕膜而發(fā)生變化，通過一定的轉(zhuǎn)化變成數(shù)據(jù)被采集到。　　三、軟件設(shè)計　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)軟件設(shè)計　　本次系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中有一個協(xié)調(diào)器設(shè)備、一個路由設(shè)備和兩個終端設(shè)備。終端設(shè)備只能給協(xié)調(diào)器發(fā)送信息，它們之間不能相互發(fā)送信息。協(xié)調(diào)器在終端設(shè)備申請加入系統(tǒng)時給它生成準(zhǔn)確代表它身份的標(biāo)識，以便能準(zhǔn)確高效地管理這個終端設(shè)備的工作。路由設(shè)備既可以收集信息，又能夠?qū)崿F(xiàn)終端設(shè)備信息的相互傳輸。當(dāng)終端設(shè)備在協(xié)調(diào)器輻射不到的范圍外，終端設(shè)備先把信

6、息傳輸給路由設(shè)備，然后路由設(shè)備再把信息傳輸給協(xié)調(diào)器。終端設(shè)備與路由設(shè)備成功進入系統(tǒng)后，協(xié)調(diào)器設(shè)備會不停地獲得由收集設(shè)備采集的信息，同時協(xié)調(diào)器也可以將信息傳送到計算機?！　。ǘ﹨f(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體設(shè)計中，協(xié)調(diào)器設(shè)備會發(fā)起組建一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并且負(fù)責(zé)接受或否定其他設(shè)備的入網(wǎng)和退網(wǎng)的申請。此外它還有接收搭載傳感器的終端設(shè)備收集來的數(shù)據(jù)的功能經(jīng)過整合加工以后傳輸給上一級設(shè)備。協(xié)調(diào)器作為網(wǎng)絡(luò)的核心，需要具有把設(shè)備進行初始化，然后組網(wǎng)，并且控制傳感器節(jié)點的入網(wǎng)出網(wǎng)，這些功能需要通過軟件來實現(xiàn)。協(xié)調(diào)器上電后會組建新網(wǎng)，然后自主掃描周圍是否存在有相關(guān)的

7、終端設(shè)備發(fā)起入網(wǎng)的請求，如果存在這樣的請求，協(xié)調(diào)器會通過NWK給新終端設(shè)備分配可以唯一識別的標(biāo)識。當(dāng)協(xié)調(diào)器需要進行查看信息的時候，會向收集信息的設(shè)備發(fā)出指令，要求其把感知到的信息收集并傳輸給協(xié)調(diào)器，進行存儲和調(diào)用展示?！　。ㄈ┞酚晒?jié)點設(shè)計　　在此次設(shè)計中由于是室內(nèi)短距離傳輸數(shù)據(jù)所以路由節(jié)點是作為終端節(jié)點使用的，它在實際應(yīng)用中的作用是搭建協(xié)調(diào)器與終端的通信路徑，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過路由設(shè)備可以無限的擴大范圍，進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集。路由節(jié)點在WSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的重要功能是發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，并在系統(tǒng)中搭建協(xié)調(diào)器與終端通信的路徑。當(dāng)兩個終端設(shè)備需要進行傳輸信息但是又在它們不可及

8、的范圍內(nèi)的時候，其中一個設(shè)備會將數(shù)據(jù)傳