【文章內(nèi)容簡介】 計。 實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括： Zigbee 協(xié)議棧整體架構(gòu)、 Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、 AODV 路由協(xié)議。 實 現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分 嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計的硬件部分可以大體有 無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實現(xiàn)原理、本設(shè)計所使用的實驗箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊 以及實現(xiàn)基于 CC2530 的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設(shè)計等組成。其具體內(nèi)容如下： 無線傳感基本結(jié)構(gòu) 及實現(xiàn)原理 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 在設(shè)計目標方面是 以數(shù)據(jù)為中心 的 ， 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因為 節(jié)點 通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境中， 所以 除了少數(shù)節(jié)點需要移動以外，大部分節(jié)點都是靜止 不動 的。 在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi) ， 節(jié)點任意散落 ，節(jié)點 除了 需要完成 感測特定的對象 以外， 還 需要 進行簡單的計算 ， 維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接 等功能。并且由于 能源 的 無法替代 以及 低功耗的多跳通信模式節(jié)，設(shè)計 無線傳感節(jié)點時， 有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期 以及節(jié) 點的低功耗 成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 研究 的核心問題 ， 其無線傳感節(jié)點模型如下圖 12所示。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于 傳感器加無線傳輸模塊 的 ，傳感器采集的數(shù)據(jù) ，簡單處理后 經(jīng)過無線傳輸模塊傳到服務(wù)器或 應(yīng)用終端 。目標、觀測節(jié)點 、 傳感節(jié)點和感知視場 是 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 所 包括 的 4個 基本實體對象 。 大量傳感節(jié)點隨機部署， 單個節(jié)點經(jīng)過初始的通信和協(xié)商， 通過自組織方式 自行配置， 形成一個 傳輸信息的單跳鏈接或一系列 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的 網(wǎng)絡(luò)， 協(xié)同形成對目標的感知視 9 場。傳感節(jié)點檢測的目標信號經(jīng) 過傳感器 本地簡單處理后 通過單播或廣播以多跳的方式 通過鄰近傳感節(jié)點傳輸?shù)接^測節(jié)點。用戶和遠程任務(wù)管理單元 則能夠 通過衛(wèi)星通信 網(wǎng)絡(luò)或 Inter等 外部網(wǎng)絡(luò)，與觀測節(jié)點進行 數(shù)據(jù)信息的 交互。觀測節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請求和控制指令，接收傳感節(jié)點返回的目標信息 。 圖 12 無線傳感節(jié)點模型 使用的實驗箱以及軟件支持 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗系統(tǒng) IOVT2530 采用系列傳感器模塊和無線節(jié)點模塊組成無線傳感網(wǎng)，擴展嵌入式網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)廣域訪問，可實現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無線信號收發(fā)、 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)通訊、組件控制全過程。該工具箱提供了無線傳感網(wǎng)通信 模塊、基本的傳感器及控制器模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計算機服務(wù)器參考軟件等。 實現(xiàn) 溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設(shè) 計 實驗系統(tǒng)包含 4個無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點和一個無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 。其中具體情況如下： 無線節(jié)點模塊：主要有射頻單片機構(gòu)成， MCU 是 TI 的 CC2530, 載頻，棒狀天線。 節(jié)點定位系統(tǒng) 移動系統(tǒng) 無線通信 模塊 電源 電源自供電系統(tǒng) 傳感器 模塊 轉(zhuǎn)換 處理器 存儲器 10 傳感器及控制模塊：系列傳感器模塊，包括溫濕度傳感模塊、繼電器模塊和RS232 模塊等，也可以通過總線擴展用戶自己的傳感器及控制器部件。 電源板或智能主板：即實現(xiàn)無線節(jié)點模塊與傳感及控制模塊的連接，又實現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要有兩節(jié)電池供電， 保留外接電源接口，可以直接有直流電供電。 實現(xiàn) 溫濕 度數(shù)據(jù)采集的軟件部 分 實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要有 Zigbee 技術(shù)概述、 Zigbee 協(xié)議棧整體架構(gòu)、 Zigbee 協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、 AODV 路由協(xié)議 等幾部分組成 。 而 Zigbee 協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層主要包括 : 網(wǎng)絡(luò)層概述、網(wǎng)絡(luò)層所實現(xiàn)功能、網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議。 AODV路由協(xié)議主要包括：協(xié)議概述、協(xié)議的基本原理、 AODV 路 由協(xié)議消息控制幀 。一下將是溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分各部分的具體介紹： ZIGBEE 技術(shù)概述 Zigbee 技術(shù)的使用與 發(fā)展很大程度 上彌補了無線通信市場上低功耗、低成本、低速率的空缺 。 同時 隨著 Zigbee 技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的注意力和研究力量將會轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計、實現(xiàn)互聯(lián)互通測試和市場的推廣等方面。Zigbee 技術(shù)的關(guān)鍵點是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗的 無線網(wǎng)絡(luò) 。 Zigbee 技術(shù)的應(yīng)用前景 非常好。 Zigbee 在未來的幾年里將在工業(yè)無線定位、工業(yè)控制、消費電子、汽車自動化、家 庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用 ，特別是工業(yè)控制和家庭自動化，將 會 成為今后Zigbee 芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。 通常符合以下條件之一 的應(yīng)用，都 可以考慮采用Zigbee 技術(shù)： （ 1） 網(wǎng)點多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點多。 （ 2） 低傳輸量：要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)成本低。 （ 3） 可靠性高：要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高。 （ 4） 體積?。涸O(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置。 （ 5） 電池供電。 （ 6） 覆蓋量大：所需檢測點監(jiān)測點多，地形復雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆 蓋面積。 11 （ 7） 現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。 （ 8） 遙測、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡(luò)進行的低數(shù)據(jù)量傳輸。 （ 9） 局部區(qū)域移動目標的定位系統(tǒng)：使用 GPS 效果差、成本高的。 Zigbee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于 技術(shù)標準和 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在壓力過程控制數(shù)據(jù)采集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉庫貨物監(jiān)控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控，鋼鐵冶煉溫度控制，煤氣抄表等各個領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化。 Zigbee 技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)，這種通信組網(wǎng)是基于中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的。根據(jù) Zigbee 技術(shù)的本質(zhì)，它具有下列特性：低功耗、高度擴展性、可靠性 高等。 ZIGBEE 協(xié)議棧 Zigbee 協(xié)議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定服務(wù)：一個數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個管理實體提供管理、維護等服務(wù)。每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點（ SAP）為其上層提供服務(wù)接口，并且每個服務(wù)接入點（ SAP）提供了一系列的基本服務(wù)指令來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 Zigbee 協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個 子層： （ 1） APP（ Application Programming）：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個項目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實現(xiàn)的。 （ 2） HAL（ Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動及操作函數(shù)。 ZigBee 硬件 層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從 MAC 層以 硬件 層無線信道的接口。在 硬件 層中，包含一個 硬件 層管理實體（ PLME），該實體通過調(diào)用 硬件 層的管理功能函數(shù) ，為 硬件 層管理服務(wù)提供其接口，同時，還負責維護由 硬件 層所管理的目標數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含有硬件 層個域網(wǎng)絡(luò)的基本信息。 （ 3） MAC：介質(zhì)接入控制子層，包含了 MAC 層的參數(shù)配置文件及其 MAC 的LIB 庫的函數(shù)接口文件。實現(xiàn)的功能有： 能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標。 支持 PAN 的連 12 接和斷開連接。 同信標保持同步。 在對等的 MAC 實體之間提供一個可靠的通信鏈路。 處理和維護 GTS 機制。 信道接入采用 CSMACA 接入機制。 支持設(shè)備的安全性。介質(zhì)訪問控制層 (MAC)幀被稱為 MAC 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)，其長度 不超過 127個字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和命令幀。 （ 4） MT（ Monitor Test）：實現(xiàn)通過串口可控各層，與各層進行直接交互。 （ 5） NWK（ Z