【正文】 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)代無線通信技術(shù)、微型傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機地融為一體，已經(jīng)是近幾年來國內(nèi)外研究的熱點，引起了世界上許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，其應(yīng)用前景十分廣闊。山于傳感器種類繁多，其數(shù)據(jù)特性也各不相同。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓撲組織功能。2022年IEEE Spectrum雜志發(fā)表一期專集：傳感器的國度，論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能的廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)使用多個傳感器節(jié)點，安裝在人體幾個特征部位。2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(SensorNode)，匯聚節(jié)點(Sink Node)和管理節(jié)點，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如21所示。另一類是以采用單片機為代表的節(jié)點。 ②無線收發(fā)單元方案一：采用TI公司的CC2500。在同等條件下，為了保證有效和可靠通信，應(yīng)選用發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。④傳感器單元傳感器種類很多，可以檢測溫濕度、光照、噪聲、振動、磁場、加速度等物理量，將這些環(huán)境變量轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒y量的信號。所謂內(nèi)部就是在節(jié)點上設(shè)計一個數(shù)字式測溫芯片——DSl8B20；所謂外部就是系統(tǒng)對外提供兩路接口給外接傳感器。圖 25表 21　DS18B20 詳細引腳功能描述序號 名稱 引腳功能描述1 GND 地信號2 I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為８字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。所有的讀時隙至少需要 60us，且在兩次獨立的讀時隙之間，至少需要 1us 的恢復(fù)時間。圖212 AT89C51基本結(jié)構(gòu)圖 AT89C51引腳及其功能（1）工作電源與地Vcc（40）：電源 +5V?Gnd（20）：接地（2）時鐘XTAL1（19）：內(nèi)部振蕩器輸入端XTAL2（18）：內(nèi)部振蕩器輸出端（3）并行 I/O 口① — (3932) 通用 I/O 口 P0 / A0A7 / D0D7。當(dāng)CC2500的SFD引腳為低電平時，表示接收到了物理幀的SFD字節(jié)。AT89C51串口CC250023圖216 射頻單元結(jié)構(gòu)圖 串口設(shè)計 串口的任務(wù)CPU只能處理并行數(shù)據(jù)，要進行串行通信，必須接串行接口，并遵從串行通信協(xié)議。TI：發(fā)送中斷標志位。圖217 串口設(shè)計的具體電路3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件設(shè)計 開發(fā)環(huán)境51 單片機開發(fā)軟件較多，但其中最好的一款莫過于公認的 keil，這里采用keil 用 C 語言編寫程序。主程序的主要功能是負責(zé)溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當(dāng)前溫度值。而且，中心節(jié)點與外圍節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸模塊來實現(xiàn)，這部分的協(xié)議可以稱之為無線傳輸協(xié)議。④ 支 持 大 量 的 存 儲 器 和 外 圍 芯 片 。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，如在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因。因此在整個設(shè)計過程中大部分時間是用在程序上面的。 Proteus 主 要 由 ISIS 和ARES 兩 部 分 組 成 ， ISIS 的 主 要 功 能 是 原 理 圖 設(shè) 計 及 與 電 路 原 理 圖 的 交 互 仿 真 ，ARES 主 要 用 于 印 制 電 路 板 的 設(shè) 計 。除非芯片處在 SLEEP狀態(tài)，SO 引腳在 CSn 變低電平后也立即變低。當(dāng)它脫離網(wǎng)絡(luò)時可以記錄傳感器采集的模擬量信號，并等待上傳到用戶PC中去。IDL=1，激活待機方式。REN：串行接受允許位。這個參考時鐘可以來自外部時鐘源，也可以使用內(nèi)部晶振體振蕩器產(chǎn)生。CC2500的選擇性和敏感性質(zhì)數(shù)超過了IEE802．15．4標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性，且其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達500kpbs，因此可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。具體電路圖如圖211所示：圖211 DS18B20電路圖 處理器模塊處理器是一個控制系統(tǒng)的核心器件。寫 0 和寫 1 時隙如圖所示。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以℃／LSB 形式表示。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖DS18B20 采用３腳 TO92 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如 26 所示?？s小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計 傳感器單元 DS18B20傳感器模塊，又稱為數(shù)據(jù)采集模塊，它主要目的是將傳感器所采集到得模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可以處理的數(shù)字信號，然后將數(shù)據(jù)處理等待發(fā)送，它為系統(tǒng)提供了進行處理和決策所必需的原始信息。③供電單元由于節(jié)點的電源由兩節(jié)5號電池供電，節(jié)點芯片工作在3．3 v的電壓下，所以采Linear公司的LTC3400開關(guān)型升壓芯片。無線射頻芯片的種類和數(shù)量繁多，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計中至關(guān)重要，正確的選擇可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。此外，可以選擇的其它功能單元還有定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)、電源自供電系統(tǒng)等。因此，電源供電和功耗問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟硬件設(shè)計的核心問題。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以長時間地收集人的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在研制新藥品的過程中將非常有用。在美國自然科學(xué)基金委員會(Natural Science Foundation，NSF)的推動下，加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校等大學(xué)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。（4）以數(shù)據(jù)為中心：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，人們只關(guān)心某個區(qū)域的某個觀測指標的值，而不會去關(guān)心具體某個節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)。但是這些優(yōu)點對于傳感器來說并不重要，這是因為傳感器的數(shù)據(jù)傳輸率低，要求帶寬窄，而誤碼率問題可以通過糾錯與編碼方式降低。本設(shè)計是基于 AT89C51 單片機無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計，通過 DS18B20 的溫度傳感器采集溫度并經(jīng)過 AT89C51 單片機的處理傳送出去。二、主要參考資料 [1] （2）[M].北京:航空航天大學(xué)出版社，2022 年 1 月第一版.[2] 王為青，程國鋼，單片機 Keil Cx51 應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2022 年 2 月第一版.[3] [M]..北京:電子工業(yè)出版社，2022 年 1 月[4] [5]Jeongwork[J].CommunicationsMagazine,2022,40:3849.[6] Flash 文件系統(tǒng)[J].北京:單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2022(1):1922.[7] 溫泉,李炳煜, GPRS 的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)解決方案[J].北京:現(xiàn)代電子技術(shù)，2022,29(23):1517,20.[8] 凌潔, 基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的電力流動收費系統(tǒng)解決方案[J].安徽:安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2022 年 1 月.[9] 于洋，基于無線射頻通信及 GPRS 技術(shù)的熱網(wǎng)監(jiān)控系[J].北京：儀表技術(shù)與傳感器，2022 年 03 月.[10] 蓋成志，基于 GPRS 的遠程水文監(jiān)測[J].西安:中國西部科技，2022/09.三、進度要求第一周：搜集資料，規(guī)劃方案，準備開題答辯第二周：電路設(shè)計方案的確定，采購元器件第三周：熟悉單片機的集成開發(fā)環(huán)境第四周：單片機外圍電路設(shè)計第五周：數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計第六周：熟悉通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第七周：完成編寫單片機串口與通信模塊程序的源代碼和調(diào)試第八周：完成串口的調(diào)試，總結(jié)查看前一段的畢設(shè)工作，準備期中檢查第九周：節(jié)點系統(tǒng)程序設(shè)計第十周：完成對軟件部分的調(diào)試第十一周：基本實現(xiàn)節(jié)點的功能第十二周：完成總體調(diào)試并實現(xiàn)各種功能第十三周：完成論文初稿第十四周：修改論文查找錯誤第十五周：修改論文準備答辯第十六周：畢業(yè)設(shè)計答辯摘 要無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種以通信為中心無線網(wǎng)絡(luò)。這些裝置互相幫助，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭慌_監(jiān)控計算機。（3）網(wǎng)絡(luò)的自動管理和高度協(xié)作性：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)處理由節(jié)點自身完成，這樣做的目的是減少無線鏈路中傳送的數(shù)據(jù)量，只有與其他節(jié)點相關(guān)的信息才在鏈路中傳送。最早的代表性論述出現(xiàn)在1999年，題為“傳感器走向無線時代”。醫(yī)療護理，羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。本課題在對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行科學(xué)分類的基礎(chǔ)上展開針對性研究，進而根據(jù)各種應(yīng)用特點，設(shè)計出高效率的系統(tǒng)，充分發(fā)揮傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛能。匯聚節(jié)點既可以是一個具有增強功能的傳感器節(jié)點，有足夠的能量供給和更多的內(nèi)存與計算資源，也可以是沒有監(jiān)測功能僅帶有無線通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設(shè)備。方案三：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。方 案 三 ：采用TI公司的CC1100。（5）收發(fā)芯片的封裝和管腳數(shù)。AT89C51 CC2500LTC3400+5V +~DS18B20+ 最終確定的方案由 AT89C51 構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由五部分組成：DS18B20 溫度傳感器、AT89C5LTC3400 電源、CC2500 射頻單元。與其它傳感器相比，DSl8820具有以下技術(shù)特性：（1）具有獨特的單總線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需一條I/O口線就可實現(xiàn)微處理器與它的雙向通信；（2）支持多點組網(wǎng)功能，一條總線上可以同時掛接多個DSl8B20，很方便地實現(xiàn)多點溫度的檢測；（3）數(shù)字信號輸出，不需要信號放大和A/D轉(zhuǎn)換等外圍電路；（4）測溫范圍55~+125℃，在1~+85℃時測溫準確度為177。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。第９字節(jié)讀出前面所有８字節(jié)的 CRC 碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。①復(fù)位和應(yīng)答脈沖時隙每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復(fù)位脈沖，其后緊跟 DS18B20 發(fā)出的應(yīng)答脈沖，在寫時隙期間，主機向 DS18B20 器件寫入數(shù)據(jù)，而在讀時隙期間，主機讀入來自 DS18B20 的數(shù)據(jù)。DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us 才能完成。自動消除通道評價功能(CCA)使其更適用于載波偵聽（ListenBeforeTalk，LBT）系統(tǒng)。CC2500射頻信號的收發(fā)采用差分方式傳送，其最佳差分負載是115+jl80歐姆，阻抗匹配電路應(yīng)該根據(jù)這個數(shù)值進行調(diào)整。假如異步傳送數(shù)據(jù)的速率每秒為120個字符，每個字符由1個起始位、8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成，則其傳送波特率為： （式21）波 特12020??bps則傳送一位所需的時間為波特率的倒數(shù)，即： （式22）? 串口有關(guān)的寄存器串行口的控制寄存器SCON8XX51串行通信的方式選擇、接受和發(fā)送控制及串行口的標志均由專用寄存器SCON控制和指示，其格式如表25所示。PD：掉電方式位。如圖31所示為keil軟件的編程環(huán)境，版本為uVision3圖31 Keil開發(fā)環(huán)境界面 節(jié)點軟件設(shè)計 設(shè)計功能本系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中的終端，節(jié)點在硬件上采取相同的設(shè)計，但在軟件編程上有所區(qū)別。如果在過程中 CSn 變?yōu)楦唠娖?，則轉(zhuǎn)換取消。最后兩個字節(jié)的 CRC 校驗是長度域、地址域和數(shù)據(jù)的校驗和。在這次設(shè)計中遇到了很多問題，在實際設(shè)計中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。整個仿真電路如圖 53：圖53 仿真電路仿真的輸出效果如圖 54 所示：圖54 仿真效果圖隨著 DS18B20 的輸出溫度的變化，LCD 屏和虛擬終端隨之而改變。接收完成后進入初始狀態(tài)。系統(tǒng)以 ROM 命令和存儲器命令的形式對 DSl8B20 操作。Keil C51軟 件 提 供 豐 富 的 庫 函 數(shù) 和 功 能 強 大 的 集 成 開 發(fā) 調(diào) 試 工 具 ， 全Windows界 面 。電源控制寄存器PCONPCON的格式如表26所示。如自動生成起、止方式的幀數(shù)據(jù)格式（異步方式）或在待傳送