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《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、1引言??????????? 傳感器作為人們感官的延伸,在現(xiàn)代社會中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展,???????????傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。本文以溫度傳感器為例,使用模塊化設(shè)計思路,???????????實現(xiàn)了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[1]。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、短程無線通信技術(shù),???????????在實際中有著廣泛的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于環(huán)境科學(xué),為科學(xué)家獲得野外的隨機數(shù)據(jù)提供方便;可以應(yīng)用于醫(yī)療健康,???????????在病人身上安裝一些特殊的傳感器,醫(yī)生
2、可以隨時監(jiān)測病人的身體情況;在商業(yè)上,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和中心主控計算機相結(jié)合,???????????能夠給人們提供更舒適、方便、人性化的家居環(huán)境。??????????? 普通節(jié)點和匯聚節(jié)點的CPU模塊都采用TI公司的MSP系列單片機，MSP430系列單片機具有超低功耗性能，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，這一點是很重要的。另外它具有8通道12位高精度A/D采樣，可以滿足各種需要的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的應(yīng)用，具有一定的通用性。此外射頻部分采用Chipcon公司的符合IEEE802.15.4/ZigBee[2]協(xié)議的CC2420為核心組成射頻模塊，ZigBee對無線傳感
3、器網(wǎng)絡(luò)來說無疑是最合適的無線局域網(wǎng)通信協(xié)議。???????????2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中普通節(jié)點和匯聚節(jié)點的硬件設(shè)計??????????? 2.1WSN普通節(jié)點的硬件體系結(jié)構(gòu)??????????? 無線傳感器節(jié)點的普通節(jié)點負(fù)責(zé)將實時數(shù)據(jù)采集起來并將其發(fā)送到鄰居節(jié)點，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。???????????圖1:WSN中普通SensorNode結(jié)構(gòu)??????????? 2.2WSN匯聚節(jié)點的硬件體系結(jié)構(gòu)??????????? 匯聚節(jié)點的作用是將傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)收集起來，并進行一定的數(shù)據(jù)優(yōu)化處理將其需要的格式發(fā)送給最終監(jiān)控計算機。?????
4、??????圖2:WSN中匯聚SinkNode結(jié)構(gòu)??????????? 各部分的具體組成??????????? 中央處理器CPU部分：??????????? 由于整個設(shè)計要以低功耗為原則，一次選取了業(yè)界公認(rèn)的超低功耗處理器MSP430[6]系列單片機。??????????? TI公司的MSP430???????????系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，能夠在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作;其控制器具有強大的處理能力和豐富的片內(nèi)外設(shè);帶60k???????????FlashROM存儲器的單片機可以存儲大量的節(jié)點數(shù)據(jù)采集信息還可以方便高效地進
5、行在線仿真和編程。MSP430???????????系列單片機最顯著的特點就是它的超低功耗，在1.8V～3.6V電壓、1MHz的時鐘條件下運行，耗電電流在0.1mA～400mA???????????之間，RAM???????????在節(jié)電模式耗電為0.1mA，等待模式下僅為0.7mA。能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，節(jié)點必須依靠電池供電。所以采用MSP430F149???????????是最佳選擇。??????????? 無線通信模塊設(shè)計：??????????? 采用挪威半導(dǎo)體公司Chipcon推出的CC2420是全球首顆符合802.15.4/ZigB
6、ee聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz???????????射頻芯片。CC2420基于Chipcon公司的SmartRF03技術(shù),采用0118μm工藝。為了保持和ZigBee[4]???????????標(biāo)準(zhǔn)一致,CC2420???????????支持250kbps數(shù)據(jù)傳輸率。芯片具有50個寄存器：33個控制、狀態(tài)寄存器;15個命令選通寄存器;2個先入先出緩存控制寄存器。??????????? 本設(shè)計的一個主要創(chuàng)新之處在于選取了硬件上支持IEEE???????????802.15.4/ZigBee協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層中的LLC子層，因此這時我們只需在協(xié)議層上實
7、現(xiàn)上層的安全層，MAC層和用戶的應(yīng)用層協(xié)議。下面介紹ZigBee協(xié)議在新一代無線通信中的特點和對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的優(yōu)勢。??????????? 低功耗:由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。ZigBee???????????設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。??????????? 成本低:ZigBee模塊的初始成本在6美元左右,并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。低成本對于ZigBee也是一個關(guān)鍵的因素。時延短:通信時延
8、和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短,典型的搜索設(shè)備時延為30ms,休眠激活的時延是15ms????
