基于CC2530 及ZigBee 协议栈设计无线网络传感器节点

基于CC2530 及ZigBee 协议栈设计无线网络传感器节点
计算机系统应用 年第卷第期 送相应传感器节点的物理地址及测量指令协调器通界面用来显示节点加入和退出络的信息监测区域 过串口从机收到物理地址后会向与其相对应的传的数据。模块用来显示网络连接的状态 感器节点发送数据传达测量指令。传感器节点收到数用来增大输出功率。通讯接口采用标准的 将收 据后通过传感器测量数据然后将测量结果发送给协集的数据通过串口上传到计算机采用 调器并在机端进行显小。 电平和电平进行转换。当数据从节点上传 到计算机时 将电平转换为 电平 系统硬件设计 供计算机读取当计算机给节点发送数据时 本设计传感器模块采用数字式传感器 来采则将 电平转化为电协调器硬件框架如 集温度、湿度数据该传感具冇相对湿度和温度一体图所小。 测量、超快的响应时间等优良特性。对台灯和窗帘的 传感器节点设计 控制是通过继电器 来实现的处理器模块和无 传感器节点相对协调器节点来说功能比较简单 线通信模块采用 花片外加低功耗射频前端不需要进行复来的数狐处理接口外设也比较小因此 用来放人输出功率人人简化了射频电路的设采用。芯片外接 功放模块电源模 计能量供应模块采用节可充电「电池负责为系统块时钟模块模块组成。 处理器先把采集 提供能量。 的数据信号进行模数转换然后进行处理通过 是公司推出的款高性能、低成本的功放芯片发给协调器节点。由」 内部集成∫ 前端集成了开关电感響平衡不平衡网络交换机 兀配网络所以在输入输出部分不需要增加额 匹网络功率放大器等功能。可将输出功率提高外的匹配网络其 使件设计主要部 接收灵敏度提高 可与公司的分连接原理如图所示。 所有 收发器、发送器和连接大大改善 VDD VD 了性能实现用极少的外围电路实现高输出功率 协调器节点设计 TLISE Inductor CC2530 ANT CC2591 RFN L△ P人三NPL 硬件主要鄣分连接原理图 LED灯 的 引脚都连接到 的端口 巾单片机来控制。 图协调器节点硬件框架图 当为高电平表示 接收数据时是高 增益模式当 为低电平表示 接收数据 协调器节点负贡调度各传感器节点工作其运行时是低增益模式。而引脚和 引脚在 直接影响系统的稳定性。协谓器节点采用 正常工作时候置为高电平当其进入低功耗模 芯片该芯片只有 可编程闪存改冇串口模块、式时候将其置为低电平这样可以降低功耗。经试验采 显示模块 指示灯、品振模块电源模块、用 以后 网络的通信距离在视 模块 模块是用户和传感器网络的交互野好的开訚环境可达以上。 经验交流 中国科学院软件研究所htp:/www.c-s-a.org.cn 年第卷第期 计算机系统应用 软件设计 重复发现和绑定过程其软件流程如图所示。 协调器节点软件设计 协调器节点的软件改计主要指节点底层部分的编 设备初始化 程本文采用公司 提供支持的免费 协议栈软件以 版本中 扫描可用信道 移除绑定 入尖敗进 例程为基础以语言为编程语言在 入体民状态 到信杉 用模板的基础上通过改动程序来建立所需要的 监吓信枟择 主节点 项目程序中嵌入了实时操作系统用于对网络组建、节 N 采集数精并 发送给办调器 有未被请的 向可用网络 点加入、数据收发等功能运行统一调度其具体的软件 主节点么2 发入网清求 流程如图所示并根据系统要求实现网络协议的成本 优化选择。协调器节点建立网络函数为 Y入网成发 成功后会在上显示 图传感器节点软件流程图 该节点为协调器显示网络号并自动进入允许绑定 模式函数为 对传感器发送的绑 管理机软件设计 定请求作出响应。如果绑定成功收集传感器节点发送 在机中上位机管理软件采用面向对象的 的数据通过 开发用户通过管理软件可直观看到整个~终的 拓扑结构可査询某传感器节点的地址、温度值、湿度 开始 值、电压值、及所监测点的实时温度曲线等用户想查 节点上电 发送数据 看某节点信息只需点击机上相应节点即可。串口 信道扫描并 建立网络 通信在无线传感器树络中是|分重要的因为所有传 采集传 姜收加入 感器节点采集到数据都是通过串口发送给上位机的 网络请求 成功 子节点加失败 他是连接无线传感器网络与机的通道。而协调器 矩地址 人网络 同分配 节点的计算及存储能力较弱收到的数据包需通过串 发送入网 口立刻发送到机机为避兔口数据被下一次发 加入失败,节点分配短地址 归入体状态 送所覆盖需要对串凵缓冲区进行管理为此程序编写 类实现相应功能。 图协调器节点软件流程图 ≠一实验及结果分析 由于本文采用 来增大功率需外接退耦电 为了测试所设计的传感器节点的覆盖范围及稳定 容以保证良好的接地性能在软件里对性将温度、湿度传感器光敏电阻传感器分别连接至传 进行补偿具体定义如下 感器节点的相应端口先通过串口调试助手测试数据 接受和发送情况在数据发送接受正常的情况下设置 无障碍实验环境测得点对点的通讯距离可达以 上:。同时构建最简单的星型网络传感器节点与协调器 传感器节点软件设计 节点相距 每发送完次数据后使进入休眠状 传感器节点能自动加入网络发出绑定请求两数为态后恢复再次发送数据连续监测协调器显 等待协调器节点绑定响应为成功完小接收到旳数据信息并将接攻到的数据通过帛口上传 成绑定操作。如果没有发现协调器节点将周期性地继到机中。实表眀整个传输过稈没有岀现丢包现 续搜索。 象而且采集到的数据值准确表明系统只冇较好的可 绑定成功后周期性发送温度电压值给协调靠性和稳定性 礐,如果没有收到协调器的应答传慼器移除本次绑定 下转第页 经验交 中国科学院软件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn 计算机系统应用 年第卷第期 则主婆是根据每个用户的工作性质,分别赋予不同的据量与种类的与凵增加,服务器性能的承载能力如何 用户等级(级最大,可下载数据种类最多,级最还需要进一步的测试并以此调整系统。 小,也是用户注册时査询下载系统自动赋予的最初权 限等级 参考文献 赵子鹏袁国忠乔健译 宝典北 京人民邮电出版社 “气象数据存贮管理系统”为我局业务和科研人 朱晔金迎春译 范例代码查询辞典 员在数据疢取上提供一个便捷通道,大大减轻了数据北京人民邮电出版社 管理人员在这方面的重复手工操作,提高了工作效率。 张淑萍地级市气象数据库的设计与实现农业內络信 同时,又将数据统一、有序管理起来,实现了气象数 据的存储、管理、以及服务的整合和一体化。 王海龙杨忠霞陈朝辉昌东柏尹英汉地级市气象信息內 需要指出的是,存储数据的服务器、“气象数据存 络数据库系统建设及应用气象环境科学 增刊 贮管理系统”、 以及 均部署于一 同服务器,可实现最快的数据查询下载服务,同时b王婉姚博周鸣服务器的建立及客户端的使用河南 也方便管理。该系统目前处于初步运转阶段,随着数 气象 上接第页 结语 本文在介绍无线传感器网络相关知识的基础上 模块为硬件基础外加 功放模块基 于 通讯协议进行组网。文中阐述了组成无 wW.C-s-. org. cr 线传感器网络所需的传感器节点协调器节点管理 机等的软硬件设计方法及流程图等。经测试米用公 司第二代片上系统 设计的节点间的通讯距离 远大于第一代产品通讯更可靠。 参考文献 李义段帆玉 台宏达山国会宋俣业等 协议栈的无线传感 线网络与无线定位实战北 京北京航空航天大学出版社 执行网络杓建单片机与嵌入式系统 实用案例 中国科学院软件研究所htp/ vww.c-s-a. org. cn