无线传感器网络 蓝牙 zigbee

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1、ID:200812171212521178嵌入式无线传感器网络的应用与研究杨洁（浙江金融职业学院，浙江杭州，310018）摘要:无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域，被认为是21世纪最重要的技术之一。本文采用当前流行的微处理器芯片AT91SAM7S256、射频芯片CC2420、GPRS模块MC39i、温度传感器TMP05和加速度传感器ADXL202实现无线传感器网络节点的硬件设计,并在软件设计方面进行深入的研究。最后给出一个应用实例-蓝牙技术在无线传感器网络中的应用。关键字:无线传感器网络；嵌入式系统；ARM；TinyOS中图分类号:TP393

2、文献标识码:A1硬件体系结构设计无线传感器网络的基本组成单元是具备信息采集和通信功能的嵌入式节点，因此无线传感器网络的设计也就是节点的设计。本文根据无线传感器网络的功能需求，按照嵌入式系统量体裁衣的思想选择各个功能模块部件，着重考虑节点的性价比和可升级性等因素，设计嵌入式无线传感器网络节点的硬件结构。根据功能需求，将各个独立功能模块化，节点的硬件体系结构如图1所示。2预留外扩功能模块:SPI,ADC,IC,PWM,USB等温度传感器加速度传感TMP05处理器模块器ADXL202AT91SAM7S256GPRS模块射频通信模MC39i块系统电源模块图1无线传感器网络节点硬件框架设计1.

3、1核心控制模块本文选用ATMEL公司的嵌入式ARM微控制器芯片AT91SAM7S256作为节点硬件的控制中心，用于协调和管理系统中其它模块。该处理器内部集成了系统所需的众多外围功能模块，包括嵌入式12位模数转换器(ADC)、通用同步异步收发器、串行外围通信接口(SPI)等。AT91SAM7S256的外围电路主要包括电源电路、处理器复位电路、晶振电路、PLL电路、JTAG接口电路等。1.2射频通信模块射频通信模块是无线传感器网络内部节点通信的主要功能模块，它是嵌入式节点实现自组网的基础。本文采有TI公司专门为无线传感器网络设计生产的射频芯片CC2420设计射频通信模块。它是一款高性能、

4、低功耗2.4G射频处理芯片，内部集成了基带处理以及硬件CSMA功能，通过SPI通信接口可以实现对其控制实现数据的收发，非常适合无线传感器网络应用。本模块外围电路主要包括与CPU接口电路、射频芯片外围电路、天线阻抗匹配电路等。11.3GPRS通信模块GPRS通信模块是实现无线传感器网络之间以及与数据中心通信的桥梁。本文选用了西门子公司设计生产的MC39i。它支持语音、短信息、传真服务，GPRS数据传输，标准AT命令集和西门子扩展命令集等。MC39i模块的电路主要包括电源电路、RS232接口、SIM卡电路、启动电路、状态显示电路等。1.4传感器模块传感器是节点乃至整个无线传感器网络的信息

5、来源，节点上采用温度传感器TMP05进行温度信息的采集，利用加速度传感器ADXL202实现对振动信号的检测，并预留了其他传感器接口。通过对检测区域内的环境信息进行分布式信息采集，达到对整个网络综合信息检测的目的。1.5预留扩展模块针对不同的应用领域，系统的硬件需求可能不同。为了使得节点具备良好的通用性和可升级性，节点设计时将处理器的主要功能模块相应的引脚进行了外扩，其中主要包括:用于采集模拟传感器信号的ADC模块，用于实现与带标准总线接口的智能传感器或其他功能模块2通信的SPI总线和IC总线接口，用于采集离散信号或驱动功能的通用IO口，用于实现电机驱动或脉冲计数功能的PWM和定时计数

6、器模块和用于实现通信功能的USB，RS232等接口。2系统软件设计2.1TinyOS组件模型本文选用嵌入式实时操作系统TinyOS和TCP/IP协议栈UIP构建节点软件开发平台。TinyOS是一种面向无线传感器网络的新型操作系统，它最初是用汇编和C语言编写的。TinyOS包含了经过特殊设计的组件模型，其目标是高效率的模块化和易于构造组件型应用软件。对于嵌入式系统来说，为了提高可靠性而又不牺牲性能，建立高效的组件模型是必需的。组件模型允许应用程序开发人员方便快捷地将独立的组件组合到各层配置文件，并在面对应用程序的顶层(top-level)配置文件中完成应用的整体配置。图2所示为一个支持

7、多跳无线通信的组件集合与这些组件之间的关系。上层组件对下层组件发命令，下层组件对上层组件发信号通知事件的发生，最低层的组件直接和硬件打交道。应用程序多跳通信应用程序消息主动消息消息包无线消息包串口消息包硬件字节RadioByteUART温度传感器时钟软件比特无线发送模块图2支持多跳无线通信的无线传感器网络应用程序的组件结构22.2GPRS模块软件设计GPRS模块用于无线传感器网络间的通信，它是节点的重要组成部分之一。通过GPRS模块进行数据传输本质上是利用