【正文】 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡技術不同，無線傳感器網(wǎng)絡技術將現(xiàn)代無線通信技術、微型傳感器技術和網(wǎng)絡技術有機地融為一體，已經(jīng)是近幾年來國內外研究的熱點，引起了世界上許多國家軍界、學術界和工業(yè)界的高度重視，其應用前景十分廣闊。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)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡應該具有動態(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)絡的發(fā)展和可能的廣泛應用。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)絡節(jié)點的硬件設計無線傳感器網(wǎng)絡系統(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)絡結構如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，應選用發(fā)射功率較高的產品。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)境變量轉變?yōu)榭晒y量的信號。所謂內部就是在節(jié)點上設計一個數(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 的結構為８字節(jié)的存儲器，結構如圖 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 的恢復時間。圖212 AT89C51基本結構圖 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）：內部振蕩器輸入端XTAL2（18）：內部振蕩器輸出端（3）并行 I/O 口① — (3932) 通用 I/O 口 P0 / A0A7 / D0D7。當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 射頻單元結構圖 串口設計 串口的任務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 串口設計的具體電路3 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的軟件設計 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溫度的實時顯示、讀出并處理 DS18B20 的測量的當前溫度值。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 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 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。當它脫離網(wǎng)絡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，也可以使用內部晶振體振蕩器產生。CC2500的選擇性和敏感性質數(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內部結構框圖DS18B20 采用３腳 TO92 封裝或８腳 SOIC 封裝，其內部結構框圖如 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)絡節(jié)點硬件設計 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)芯片的選擇在設計中至關重要，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)絡節(jié)點軟硬件設計的核心問題。利用無線傳感器網(wǎng)絡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。在美國自然科學基金委員會(Natural Science Foundation，NSF)的推動下，加州大學伯克利分校、麻省理工學院、康奈爾大學、加州大學洛杉磯分校等大學研究了無線傳感器網(wǎng)絡的基礎理論和關鍵技術。（4）以數(shù)據(jù)為中心：在無線傳感器網(wǎng)絡中，人們只關心某個區(qū)域的某個觀測指標的值，而不會去關心具體某個節(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。本設計是基于 AT89C51 單片機無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的設計，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:航空航天大學出版社，2022 年 1 月第一版.[2] 王為青，程國鋼，單片機 Keil Cx51 應用開發(fā)技術[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，2022,29(23):1517,20.[8] 凌潔, 基于 GPRS 網(wǎng)絡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)技術學院學報, 2022 年 1 月.[9] 于洋，基于無線射頻通信及 GPRS 技術的熱網(wǎng)監(jiān)控系[J].北京：儀表技術與傳感器，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：單片機外圍電路設計第五周：數(shù)據(jù)采集電路設計第六周：熟悉通信網(wǎng)絡協(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試第八周：完成串口的調試，總結查看前一段的畢設工作，準備期中檢查第九周：節(jié)點系統(tǒng)程序設計第十周：完成對軟件部分的調試第十一周：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)設計答辯摘 要無線傳感網(wǎng)絡是一種以通信為中心無線網(wǎng)絡。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)絡的自動管理和高度協(xié)作性：在無線傳感器網(wǎng)絡中，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，羅徹斯特大學的科學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)絡進行科學分類的基礎上展開針對性研究，進而根據(jù)各種應用特點，設計出高效率的系統(tǒng)，充分發(fā)揮傳感器網(wǎng)絡的潛能。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)關設備。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 構成的無線傳感網(wǎng)絡節(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備，單總線器件作為從設備。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復位和應答脈沖時隙每個通信周期起始于微控制器發(fā)出的復位脈沖，其后緊跟 DS18B20 發(fā)出的應答脈沖，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，阻抗匹配電路應該根據(jù)這個數(shù)值進行調整。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)點軟件設計 設計功能本系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是網(wǎng)絡中的終端，節(jié)點在硬件上采取相同的設計，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。在這次設計中遇到了很多問題，在實際設計中才發(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 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