基于CC2530 及ZigBee 協(xié)議棧設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點
計算機系統(tǒng)應(yīng)用 年第卷第期 送相應(yīng)傳感器節(jié)點的物理地址及測量指令協(xié)調(diào)器通界面用來顯示節(jié)點加入和退出絡(luò)的信息監(jiān)測區(qū)域 過串口從機收到物理地址后會向與其相對應(yīng)的傳的數(shù)據(jù)。模塊用來顯示網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài) 感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)傳達測量指令。傳感器節(jié)點收到數(shù)用來增大輸出功率。通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)的 將收 據(jù)后通過傳感器測量數(shù)據(jù)然后將測量結(jié)果發(fā)送給協(xié)集的數(shù)據(jù)通過串口上傳到計算機采用 調(diào)器并在機端進行顯小。 電平和電平進行轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)從節(jié)點上傳 到計算機時 將電平轉(zhuǎn)換為 電平 系統(tǒng)硬件設(shè)計 供計算機讀取當(dāng)計算機給節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時 本設(shè)計傳感器模塊采用數(shù)字式傳感器 來采則將 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)該傳感具冇相對濕度和溫度一體圖所小。 測量、超快的響應(yīng)時間等優(yōu)良特性。對臺燈和窗簾的 傳感器節(jié)點設(shè)計 控制是通過繼電器 來實現(xiàn)的處理器模塊和無 傳感器節(jié)點相對協(xié)調(diào)器節(jié)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(fù)來的數(shù)狐處理接口外設(shè)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(shè)采用。芯片外接 功放模塊電源模 計能量供應(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)信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)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(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點。由」 內(nèi)部集成∫ 前端集成了開關(guān)電感響平衡不平衡網(wǎng)絡(luò)交換機 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 了性能實現(xiàn)用極少的外圍電路實現(xiàn)高輸出功率 協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)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(xié)調(diào)器節(jié)點硬件框架圖 當(dāng)為高電平表示 接收數(shù)據(jù)時是高 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)點負(fù)貢調(diào)度各傳感器節(jié)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(tǒng)的穩(wěn)定性。協(xié)謂器節(jié)點采用 正常工作時候置為高電平當(dāng)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?qū)⑵渲脼榈碗娖竭@樣可以降低功耗。經(jīng)試驗采 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)的交互野好的開訚環(huán)境可達以上。 經(jīng)驗交流 中國科學(xué)院軟件研究所htp:/www.c-s-a.org.cn 年第卷第期 計算機系統(tǒng)應(yīng)用 軟件設(shè)計 重復(fù)發(fā)現(xiàn)和綁定過程其軟件流程如圖所示。 協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件設(shè)計 協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件改計主要指節(jié)點底層部分的編 設(shè)備初始化 程本文采用公司 提供支持的免費 協(xié)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(chǔ)以語言為編程語言在 入體民狀態(tài) 到信杉 用模板的基礎(chǔ)上通過改動程序來建立所需要的 監(jiān)嚇信枟擇 主節(jié)點 項目程序中嵌入了實時操作系統(tǒng)用于對網(wǎng)絡(luò)組建、節(jié) N 采集數(shù)精并 發(fā)送給辦調(diào)器 有未被請的 向可用網(wǎng)絡(luò) 點加入、數(shù)據(jù)收發(fā)等功能運行統(tǒng)一調(diào)度其具體的軟件 主節(jié)點么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)點建立網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為 Y入網(wǎng)成發(fā) 成功后會在上顯示 圖傳感器節(jié)點軟件流程圖 該節(jié)點為協(xié)調(diào)器顯示網(wǎng)絡(luò)號并自動進入允許綁定 模式函數(shù)為 對傳感器發(fā)送的綁 管理機軟件設(shè)計 定請求作出響應(yīng)。如果綁定成功收集傳感器節(jié)點發(fā)送 在機中上位機管理軟件采用面向?qū)ο蟮?的數(shù)據(jù)通過 開發(fā)用戶通過管理軟件可直觀看到整個~終的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可査詢某傳感器節(jié)點的地址、溫度值、濕度 開始 值、電壓值、及所監(jiān)測點的實時溫度曲線等用戶想查 節(jié)點上電 發(fā)送數(shù)據(jù) 看某節(jié)點信息只需點擊機上相應(yīng)節(jié)點即可。串口 信道掃描并 建立網(wǎng)絡(luò) 通信在無線傳感器樹絡(luò)中是|分重要的因為所有傳 采集傳 姜收加入 感器節(jié)點采集到數(shù)據(jù)都是通過串口發(fā)送給上位機的 網(wǎng)絡(luò)請求 成功 子節(jié)點加失敗 他是連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與機的通道。而協(xié)調(diào)器 矩地址 人網(wǎng)絡(luò) 同分配 節(jié)點的計算及存儲能力較弱收到的數(shù)據(jù)包需通過串 發(fā)送入網(wǎng) 口立刻發(fā)送到機機為避兔口數(shù)據(jù)被下一次發(fā) 加入失敗,節(jié)點分配短地址 歸入體狀態(tài) 送所覆蓋需要對串凵緩沖區(qū)進行管理為此程序編寫 類實現(xiàn)相應(yīng)功能。 圖協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程圖 ≠一實驗及結(jié)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(shè)計的傳感器節(jié)點的覆蓋范圍及穩(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(jié)點的相應(yīng)端口先通過串口調(diào)試助手測試數(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 無障礙實驗環(huán)境測得點對點的通訊距離可達以 上:。同時構(gòu)建最簡單的星型網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點與協(xié)調(diào)器 傳感器節(jié)點軟件設(shè)計 節(jié)點相距 每發(fā)送完次數(shù)據(jù)后使進入休眠狀 傳感器節(jié)點能自動加入網(wǎng)絡(luò)發(fā)出綁定請求兩數(shù)為態(tài)后恢復(fù)再次發(fā)送數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測協(xié)調(diào)器顯 等待協(xié)調(diào)器節(jié)點綁定響應(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)通過帛口上傳 成綁定操作。如果沒有發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)器節(jié)點將周期性地繼到機中。實表眀整個傳輸過稈沒有岀現(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 經(jīng)驗交 中國科學(xué)院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn 計算機系統(tǒng)應(yīng)用 年第卷第期 則主婆是根據(jù)每個用戶的工作性質(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(級最大,可下載數(shù)據(jù)種類最多,級最還需要進一步的測試并以此調(diào)整系統(tǒng)。 小,也是用戶注冊時査詢下載系統(tǒng)自動賦予的最初權(quán) 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(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。 張淑萍地級市氣象數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)農(nóng)業(yè)內(nèi)絡(luò)信 同時,又將數(shù)據(jù)統(tǒng)一、有序管理起來,實現(xiàn)了氣象數(shù) 據(jù)的存儲、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市氣象信息內(nèi) 需要指出的是,存儲數(shù)據(jù)的服務(wù)器、“氣象數(shù)據(jù)存 絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(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,可實現(xiàn)最快的數(shù)據(jù)查詢下載服務(wù),同時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)目前處于初步運轉(zhuǎn)階段,隨著數(shù) 氣象 上接第頁 結(jié)語 本文在介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識的基礎(chǔ)上 模塊為硬件基礎(chǔ)外加 功放模塊基 于 通訊協(xié)議進行組網(wǎng)。文中闡述了組成無 wW.C-s-. org. cr 線傳感器網(wǎng)絡(luò)所需的傳感器節(jié)點協(xié)調(diào)器節(jié)點管理 機等的軟硬件設(shè)計方法及流程圖等。經(jīng)測試米用公 司第二代片上系統(tǒng) 設(shè)計的節(jié)點間的通訊距離 遠大于第一代產(chǎn)品通訊更可靠。 參考文獻 李義段帆玉 臺宏達山國會宋俁業(yè)等 協(xié)議棧的無線傳感 線網(wǎng)絡(luò)與無線定位實戰(zhàn)北 京北京航空航天大學(xué)出版社 執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)杓建單片機與嵌入式系統(tǒng) 實用案例 中國科學(xué)院軟件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn