【正文】 應(yīng)用模式。 ，（1）在軍事上的應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，因此非常適合軍事上的應(yīng)用?！吧车刂本€”是國防高級研究計劃局的資助下開發(fā)的一種WSN系統(tǒng)。我國目前的WSN技術(shù)研究已具初步規(guī)模，但對于WSN技術(shù)的軍事應(yīng)用研究尚處于起步階段。這種生產(chǎn)模式，就是采用更多的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及遠程控制的設(shè)備進行耕種。 （3）醫(yī)療護理，采用 ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)和傳感器，能夠準確而實時地監(jiān)測病人的信息，如血壓、體溫和心率等信息。用于人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行動，醫(yī)院的藥物管理等。第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是信息科學(xué)領(lǐng)域中一個全新的發(fā)展方向，同時也是新興學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科進行領(lǐng)域間交叉的結(jié)果。而功耗和安全問題對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，是兩個最重要的性能指標，所以WSN的關(guān)鍵技術(shù)必然以降低網(wǎng)絡(luò)功耗和確保網(wǎng)絡(luò)安全為主線。所以，拓撲控制是WSN研究的核心技術(shù)之一。層次型的拓撲控制利用分簇機制，讓一些節(jié)點作為簇頭，由簇頭形成一個處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的骨干網(wǎng)，其他非骨干網(wǎng)節(jié)點可以暫時關(guān)閉通信模塊，進入休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。因此，如何對采集的數(shù)據(jù)進行處理與融合對降低節(jié)點能耗起到相當(dāng)大的作用。由于傳感器節(jié)點存在資源有限、隨機部署、通信易受環(huán)境干擾甚至節(jié)點失效等特點，定位機制必須滿足自組織性、健壯性、能量高效、分布式計算等要求。距離無關(guān)的定位機制的定位性受環(huán)境因素的影響小，雖然定位誤差相應(yīng)有所增加，但定位精度能夠滿足多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，是目前大家重點關(guān)注的定位機制。另外，超寬帶無線通信以其高速率、低功耗、抗多徑、低成本等諸多優(yōu)勢，已成為室內(nèi)短距離無線網(wǎng)絡(luò)的首選方案，這為WSN的數(shù)據(jù)傳輸開辟了一種嶄新的方案。 無線傳感器由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊這四部分組成。 由于傳感器節(jié)點采用電池供電，一旦電能耗盡，節(jié)點就失去了工作能力。 (1)扁平組網(wǎng)模式 所有節(jié)點的角色相同，通過相互協(xié)作完成數(shù)據(jù)的交流和匯聚。如果使用相同的節(jié)點實現(xiàn)分簇，則要按需更換簇頭，避免簇頭節(jié)點因為過渡消耗能量而死亡。移動匯聚可以提高網(wǎng)絡(luò)的容量，但數(shù)據(jù)的傳遞延遲與移動匯聚節(jié)點的軌跡 相關(guān)。如當(dāng)傳感節(jié)點全部為移動節(jié)點，通過與固定的Mesh網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信(移動產(chǎn)生的通信機會)，可形成目前另一個研究熱點，即機會通信模式。WSN技術(shù)中，拓撲控制的目的在于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連通(實時連通或者機會連通)的同時保證信息的能量高效、可靠的傳輸。MAC控制是WSN最為活躍的研究熱點因為MAC層的運行效率直接反應(yīng)整個網(wǎng)絡(luò)的能量效率。鏈路特征同時也是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和匯聚中需要考慮的重要因素。另外網(wǎng)絡(luò)在任務(wù)發(fā)布過程中一般要將任務(wù)信息傳送給所有的節(jié)點因此設(shè)計能量高效的數(shù)據(jù)分發(fā)協(xié)議也是在網(wǎng)絡(luò)層研究的重點。QoS保障技術(shù)包括通信層控制和服務(wù)層控制。如何通過數(shù)據(jù)檢測失效節(jié)點也是關(guān)鍵研究內(nèi)容之一。
MAC協(xié)議的分類 無線信道的合理共享，介質(zhì)訪問控制， MAC，協(xié)議的設(shè)計是無線傳感器關(guān)鍵技術(shù)之一，MAC協(xié)議的性能直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的性能，從不同的角度入手，對MAC協(xié)議進行分類的方法有很多種，可以根據(jù)MAC協(xié)議使用的信道數(shù)目分為基于單信道、基于雙信道和基于多信道三類可以根據(jù)MAC協(xié)議分配信道的方式分為競爭型、分配型以及混合型可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型是同步網(wǎng)絡(luò)還是異步網(wǎng)絡(luò)，將 MAC協(xié)議分為同步、異步兩類。每個節(jié)點獨立調(diào)度其工作狀態(tài)，具有相同調(diào)度的節(jié)點形成一個虛擬簇，邊界節(jié)點記錄兩個或者多個虛擬簇。
沖突避免方面SMAC延續(xù)了IEEE 80211的虛擬和物理載波偵聽機制以及RTSCTS握手機制。通信負載重的時候，這種現(xiàn)象尤為突出。具有良好的擴展性。 (2)TMAC TMAC是在SMAC協(xié)議上改進的同步協(xié)議。則節(jié)點認為信道空閑，節(jié)點進入睡眠狀態(tài)。 每一幀中活躍時間可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量動態(tài)調(diào)整，增加了睡眠時間，減少了空閑偵聽。沒有監(jiān)測到接下來的數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲。但是增加了網(wǎng)絡(luò)沖突的概率。下次發(fā)送方要發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以在稍微提前于接收方醒來時間時發(fā)送，從而縮短了喚醒前導(dǎo)的長度，減少了發(fā)送喚醒前導(dǎo)的能量。WiseMAC能很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量的變化，但是由于節(jié)點要存儲鄰居節(jié)點的信道偵聽時間，造成存儲開銷較大，這種現(xiàn)象在當(dāng)網(wǎng)絡(luò)密度大時尤為突出?；贔DMA的協(xié)議易于和模擬系統(tǒng)兼容，但是通信質(zhì)量和保密性都比較差。下面介紹幾個典型協(xié)議。根據(jù)應(yīng)用層傳來的信息，MAC層計算需要的傳輸時間。 采用數(shù)據(jù)采集樹結(jié)構(gòu)的MAC協(xié)議(Data Gathering Tree，DMAC)是針對競爭性MAC協(xié)議中的SMAC和TMAC協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中斷問題而提出的。
(3)基于CDMA的協(xié)議 CDMA是一種使用編碼技術(shù)實現(xiàn)信道共享的通信技術(shù)。 基于CDMA的協(xié)議，允許多個節(jié)點同時通信，增加了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，減少了消息的傳輸延遲，不需要嚴格的時間同步，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化。在低流量條件下使用CSMA信道訪同方式，提高信道利用率并降低延時，在高流量條件下使用TDMA信道方式，減少沖突和串音。兩種模式中，時隙擁有者優(yōu)先級更高。不需要發(fā)送任何同步的消息。FunnelingMAC協(xié)議在全網(wǎng)范圍內(nèi)采用CSMA/CA，漏斗區(qū)域節(jié)點f節(jié)點，則采用CSMA和TDMA混合的信道訪問方式，因此，f節(jié)點有更多的機會基于調(diào)度訪問信道。 FunnelingMAC以CSMA為主，對時鐘同步要求不高，但協(xié)議中時隙分配算法只提供松散的TDMA調(diào)度，無法消除隱藏終端問題。此外,在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 Zigbee技術(shù)的起源與蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。通訊距離從標準的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴展。每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。據(jù)估算ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達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。因此ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。然后將處理后的信號上傳到ZigBee模塊。傳感器節(jié)點通常使用溫度濕度煙霧氣體紅外探測傳感器節(jié)點來實現(xiàn)信息采集。RF收發(fā)器包括核心芯片和天線。這些端口被分配到傳感器和外圍設(shè)備。CC2430的設(shè)計結(jié)合了8Kbyte的RAM及強大的外圍模塊并且有3種不同的版本他們是根據(jù)不同的閃存空間3264和128kByte來優(yōu)化復(fù)雜度與成本的組合。因此，安全是最重要的。3，兼容性和可擴展性 在設(shè)計時，一定要考慮到網(wǎng)絡(luò)的擴展及修改這些因素。當(dāng)系統(tǒng)頻繁的出現(xiàn)出錯狀態(tài)時，導(dǎo)致人們的生活變得更加麻煩，這樣就起了反效果。在本系統(tǒng)中通過熱釋電紅外傳感器感測信號，在通過WSN將信息輸入單片機進行數(shù)據(jù)處理后，使分頻器響起，就可以達到目的。 (2)基于WSN的自定位和目標定位技術(shù) 定位跟蹤技術(shù)包括節(jié)點自定位和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的目標定位跟蹤。目標定位跟蹤通過網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的配合完成對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中特定目標的定位和跟蹤，一般建立在節(jié)點自定位的基礎(chǔ)上。在整個體系中，WSN網(wǎng)絡(luò)被當(dāng)作分布式數(shù)據(jù)庫獨立存在，實現(xiàn)對客觀物理世界的實時和動態(tài)的監(jiān)測。但受無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源限制，直接應(yīng)用安全通信、完整性認證、數(shù)據(jù)新鮮性、廣播認證等現(xiàn)有算法存在實現(xiàn)的困難。但隨著芯片低功耗設(shè)計技術(shù)和能量工程技術(shù)水平的提高，更復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)，如Vxworks、Uclinux和Ucos等，也可能被WSN網(wǎng)絡(luò)所采用。這項技術(shù)將對WSN技術(shù)的成熟和發(fā)展帶來革命性的影響。其數(shù)據(jù)處理過程如下 RS232相連 有
在數(shù)據(jù)處理的過程中，單片機開發(fā)板初始化后，單片機的時鐘在不斷的進行掃描，在檢測到有信號輸入時，單片機內(nèi)燒進去的程序就會自動判斷，并且就會給報警器輸出一個TTL信號，報警器在5V電壓的驅(qū)動下就會發(fā)出報警聲音，戶主就會感知到。集成度也較低，并且采用了雙片形式。 第三代單片機（1979一1982年）這是8位單片機的成熟階段。 (2) CPU功能不斷增強、運行不斷速度提高。
該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)其指令與工業(yè)標準的80C51指令集兼容。另外AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。 AT89S52的主要特性如下：兼容MCS51產(chǎn)品8K字節(jié)可擦寫1000次的在線可編程ISP 閃存蘭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計全靜態(tài)工作，0Hz ， 24MHz3級程序存儲器加密256字節(jié)內(nèi)部RAM32條可編程I/O線3個16位定時器/計數(shù)器8個中斷源UART串行通道低功耗空閑方式和掉電方式通過中斷終止掉電方式看門狗定時器雙數(shù)據(jù)指針靈活的在線編程字節(jié)和頁模式按照功能AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。在作為輸出口時每根引腳可以帶動8個TTL輸入負載。 ②P1端口該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動吸收或輸出電流方式4個TTL輸入。 另外（）與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（），如表41所示。 在訪問外部程序存儲器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時P2口送出高8位地址在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI指令）時P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器(SFR)區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容）,在整個訪問期間不會改變。P3口作輸入口使用時因為有內(nèi)部的上拉電阻那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在振蕩器運行時在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使其單片機 復(fù)位。ALE/地址鎖存允許信號。但是在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中會跳過一個ALE脈沖。它用于讀外部程序存儲器。為了確保單片機從地址為0000HFFFFH的外部程序存儲器中讀取代碼故要把EA接到GND端即地端。 XTAL1 振蕩器的反相放大器輸入內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 圖中電容CC2的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為5~30pF,在此選擇30pF~12MHz之間選擇，本系統(tǒng)中選擇12MHz。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，作為單片機工作的時間基準，典型的晶體振蕩頻率為12MHz。復(fù)位操作有兩種基本形式一種是上電復(fù)位，另一位是按鍵復(fù)位。TPS79533起了穩(wěn)壓的作用。它不僅已經(jīng)被內(nèi)置于每臺PC而且已被內(nèi)置于從微控制器到主機的多種類型的電腦和與它們連接的設(shè)備。因為RS232端口被廣泛應(yīng)用它的另一個用途是與一個把這個接口轉(zhuǎn)換成另一種類型的適配器相連。在一條非平衡導(dǎo)線中信號電壓加到一條導(dǎo)線上所有的信號電壓都使用一個公共的接地線。更新的計算機現(xiàn)在支持其他諸如USB這樣的串行接口但是RS232可以做很多USB無法做的事情。USB連接最長可以達到16ftPC機的并口打印機接口與主機的距離可以達到10到15ft或者利用IEEE1284B型驅(qū)動器可以達到30ft。一個并行連接一般需要8條數(shù)據(jù)線兩條或者更多的控制信號線和幾條接地線。 串口是如此的有用以至于尋找一個未用的串口可能會比較困難。 在一個連接中不能有超過2臺以上的設(shè)備。 雙向RS232通信的3個基本信號如下：TD：將數(shù)據(jù)從DCE傳輸?shù)紻CE也被稱作TX和TXD。也被稱作GND和SGND。 控制信號使用相同的電壓，但是使用的是正邏輯。一個邏輯0數(shù)據(jù)位或者一個開控制信號接近于0V，它在RS232接口產(chǎn)生一個正電壓。一個比3V要低得多的輸入在RD處為一個邏輯1，或者在一個控制輸入處為一個關(guān)。例如，即便一個RS232驅(qū)動器的輸出為最小的+5V，它也會在接受方削弱或者噪聲峰值大到2V，并且仍舊是一個有效邏輯0。最大允許的電壓波動是 15V，盡管接受方必須不受任何損害地處理高達 25V的電壓。 (3) 計時限制 TIA/EIA232包括最小和最大計時規(guī)定。一個RS232驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)速度必須是每毫秒30V或者更少。RS232的規(guī)定的最大波特率為20kbps這個速度轉(zhuǎn)換成一個比特寬度為50us或者在允許的最快旋轉(zhuǎn)速度下為166倍的切換時間。對于控制信號和其他40bps和更低的信號信號線必須花費不超過1ms的時間在有效的邏輯1和邏輯0之間的。將5V落連接到一個RS232端口需要轉(zhuǎn)換到RS232電平和從RS232電平轉(zhuǎn)換到5V邏輯。利用這些邏輯電平。而一個邏輯低輸入可以高達20%的電源電壓或者對于5V的電源輸入可以達到1V。這使得他們可以直接和CMOS或者TTL邏輯項鏈。RS232的最平常得用處是連接到一個Modem，其他擁有RS232接口的設(shè)備包括打印機，數(shù)據(jù)采集模塊，測試裝置和控制回路。射頻單元的選擇直接影響了無線通信使用的頻段、節(jié)點間數(shù)據(jù)通信的收發(fā)速率以及節(jié)點的通信距離等。在從CC2430數(shù)據(jù)接受端，要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C進行處理，之間要232串口線相連，用232串口線分別接在CC2430模塊的9針口和如下圖的9針口，并打開單片機開發(fā)板的串口通信開關(guān)。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計。更新的計算機現(xiàn)在支持其他諸如USB這樣的串行接口，但是RS232可以做很多USB無法做的事情。USB連接最長可以達到16ft，PC機的并口打印機接口與主機的距離可以達到10到15ft，或者利用IEEE1284B型驅(qū)動器可以達到30ft。一個并行連接一般需要8條數(shù)據(jù)線，兩條或者更多的控制信號線，和幾條接地線。中心節(jié)點主要用于接收各個終端節(jié)點的上傳數(shù)據(jù)并對其進行壓縮處理后通過擴展接口傳送至服務(wù)器端。 ZigBee模塊。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成在元件兩個表面做成電極。當(dāng)人體進入檢測區(qū)因人體溫度與環(huán)境溫度有差別產(chǎn)生ΔT則有ΔT輸出若人體進入檢測區(qū)后不動則溫度沒有變化傳感器也沒