【文章內(nèi)容簡介】 ，也正是在這里定制了基于各種不同應(yīng)用的設(shè)備。在一個設(shè)備中可以有多達240個應(yīng)用對象。應(yīng)用對象使用APSDESAP在應(yīng)用對象節(jié)點之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個應(yīng)用對象都有一個專有的終端節(jié)點地址，設(shè)定終端地址允許多個設(shè)備共享同一頻段。 智能網(wǎng)關(guān)的構(gòu)建 嵌入式系統(tǒng) 后PC時代的來臨，嵌入式系統(tǒng)日益在消費電子、汽車電子、工業(yè)控制、航空航天、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)一般又嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及外圍硬件設(shè)備組成。對嵌入式系統(tǒng)的普遍定義是：以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本。體積、功耗有嚴格要求的專用激素啊你系統(tǒng)。目前嵌入式處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信工程、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。由于嵌入式系統(tǒng)的專用型和定制性，逐漸衍生并發(fā)展了一下主流的嵌入式微處理器：包廣泛使用的ARM處理器、MIPS處理器POWERPC處理器、DSP處理器。 在ARM處理器方面，有廣泛使用的ARM7系列ARM9系列、ARM11系列、CORTEX系列。ARM11基于ARMV6架構(gòu)，面向下一代消費電子、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、汽車電子產(chǎn)品以及無線設(shè)備。ARM11功耗低，多媒體處理能力強，適合消費電子和無線的應(yīng)用場合。高性能與高數(shù)據(jù)吞吐量結(jié)合滿足網(wǎng)絡(luò)處理應(yīng)用；浮點處理和實時性能滿足汽車電子應(yīng)用需求。在MIPS處理器方面，指令集架構(gòu)經(jīng)歷了從最初的MIPS I到目前可支持擴展模塊的MIPS32和MIPS64系列。MIPS32和MPIS64體系結(jié)構(gòu)定位于高性能 、低功耗的MIPS指令集，作為開放性可擴充的體系結(jié)構(gòu)，通過用戶定義指令和協(xié)處理器實現(xiàn)了對MIPS特定應(yīng)用擴展指令集的支持。MIPS32/64面向特定的應(yīng)用，其指令包含了應(yīng)用特定指令擴展形式。嵌入式應(yīng)用對嵌入式操作系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性要求較高，嵌入式操作系統(tǒng)是否穩(wěn)健也是嵌入式系統(tǒng)可靠運行的基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的發(fā)展，在嵌入式領(lǐng)域涌現(xiàn)了一些優(yōu)秀的操作系統(tǒng)，并在不同應(yīng)用領(lǐng)域得到發(fā)展。 嵌入式Web服務(wù)器在日常生活中，我們常常利用瀏覽器訪問各種網(wǎng)站獲取信息，咋這個過程中，瀏覽器作為一個大度的客戶端，需要訪問Web服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)客戶端的請求,返回處理結(jié)果，并以超文本標記語言的形式在瀏覽器上呈現(xiàn)，用戶便完成了一次Web遠程訪問。與此類似，嵌入式Web服務(wù)器是將Web服務(wù)器移植到嵌入式設(shè)備中，用戶在客戶端只需通過Web瀏覽器就可以對嵌入式設(shè)備進行管理和監(jiān)控。服務(wù)器和瀏覽器之間進行TCP/IP，數(shù)據(jù)傳輸采用HTTP協(xié)議，每個客戶端和服務(wù)器需要分配一個IP地址，實現(xiàn)客戶端和服務(wù)器的點對點連接，客戶端的請求通過HTTP請求的方式發(fā)送給遠端的Web服務(wù)器，服務(wù)器端的守護程序在HTTP的80端口監(jiān)聽簡介請求，守護程序?qū)邮艿降腍TTP請求進行解析，如果該請求時靜態(tài)文件，守護程序?qū)⒆x取響應(yīng)的文件并翻譯給客戶端；當客戶端請求CGI應(yīng)用程序，服務(wù)器端調(diào)用CGI完成響應(yīng)的執(zhí)行，返回HTTP應(yīng)答，完成訪問和響應(yīng)的整個過程。 Web服務(wù)器Web瀏覽器 Internet HTTP請求 HTTP請求 H HTTP應(yīng)答 HTTP應(yīng)答 CGI是通用網(wǎng)關(guān)接口的縮寫，是Web服務(wù)器與外部擴展應(yīng)用程序加護的一種標準接口。Web可以通過CGI讀取客戶端需要的動態(tài)信息，如實現(xiàn)基于Web的數(shù)據(jù)庫訪問?？蛻舳藶g覽器的請求信息傳遞給Web服務(wù)器，CGI從標準輸入STDIN得到輸入信息，將處理結(jié)果使用標準輸出STDOUT輸出，經(jīng)過Web服務(wù)器反饋給客戶端瀏覽器。用戶能傳遞不同的參數(shù)給CGI。 STDOUT 結(jié)果Web瀏覽器CGI腳本W(wǎng)eb服務(wù)器 POST GET 啟動CGI CGI工作流程圖Web服務(wù)器可分為兩個基本組成部分，HTTP的守護程序和服務(wù)器端應(yīng)用程序。守護程序?qū)崿F(xiàn)的功能包括：簡歷和客戶端的連接、接受客戶端HTTP請求信息、反饋HTTP響應(yīng)消息、關(guān)閉和客戶端的連接。服務(wù)器端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)其和外部系統(tǒng)的中介，完成服務(wù)器功能擴展。CGI作為Web服務(wù)器和應(yīng)用程序之間信息傳遞的接口，定義了應(yīng)用程序從守護程序活兒用戶提交信息和將應(yīng)用處理處理結(jié)果反饋給客戶端的方式。隨著Intenet的廣泛運用，基于B/S架構(gòu)的軟件模型得以流行，該模型提倡給客戶端。服務(wù)器的設(shè)計理念。也就是主要的應(yīng)用程序放在服務(wù)器上，客戶端只需要一個瀏覽器環(huán)境，但是一般的嵌入式設(shè)備資源有限，在嵌入式應(yīng)用中，Web服務(wù)器的設(shè)計必須有較小的容量，在滿足基本功能的前提下，不影響嵌入式系統(tǒng)的整體性能。 本監(jiān)控系統(tǒng)終端節(jié)點會定時發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)，為了實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的管理，需要在網(wǎng)關(guān)上移植嵌入式數(shù)據(jù)庫。嵌入式系統(tǒng)對數(shù)據(jù)存儲和程序運行空間有較強要求，選擇嵌入式數(shù)據(jù)庫必須滿足適當?shù)捏w積和較強的 功能，除此之外，開源代碼可以為數(shù)據(jù)庫必須滿足適當?shù)捏w積和較強的功能。除此之外，開源代碼可以為數(shù)據(jù)庫的維護提供解決方案。嵌入式數(shù)據(jù)庫從現(xiàn)實來看，無須獨立運行的數(shù)據(jù)庫引擎，由程序直接調(diào)用的相應(yīng)API實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作。應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在相同的進程中，避免了數(shù)據(jù)操作時進程之間的頻繁通信。目前對嵌入式數(shù)據(jù)庫研究較多的SQLite，SQLite是一種嵌入式SQL庫，支持視圖、事務(wù)、觸發(fā)器，采用單文件存放數(shù)據(jù)，提供了豐富的數(shù)據(jù)庫接口，在體積和性能上取得了較好的平衡且代碼開源。因此選擇該數(shù)據(jù)庫移植到系統(tǒng)平臺上，進行項目的開發(fā)，在Web服務(wù)器上對數(shù)據(jù)庫的訪問一般通過CGI來實現(xiàn)，一般通過CGI來實現(xiàn)。 HTML文檔Web瀏覽器Web服務(wù)器數(shù)據(jù)庫 HTTP HEML HEML SQL CGI接口 結(jié)果 Web數(shù)據(jù)庫工作原理框圖 當用戶通過瀏覽器查詢數(shù)據(jù)信息，SQLite可以和CGI程序在同一服務(wù)器平臺。利用CGI程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的打開、查詢和更新。Web前端界面接收用戶的數(shù)據(jù)請求，CGI程序調(diào)用API函數(shù)操作數(shù)據(jù)庫文件，并將結(jié)果反饋到瀏覽器前端。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計 在上文中，我們知道無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在組成上往往包含信號感知系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)四個部分。信號感知系統(tǒng)采用各種傳感器，來實現(xiàn)外接信息的獲取；信號處理系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)可以分開設(shè)計，從降低系統(tǒng)成本和提高集成角度考慮，本項目選擇一個集成無線通信功能的片上系統(tǒng)；電源系統(tǒng)的構(gòu)建在于為整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供能量，并提供相應(yīng)的功耗管理功能，下文對哥哥組成部分分別加以描述。 電源設(shè)計整個系統(tǒng)設(shè)計中處于一個非常重要的階段，成功的設(shè)計可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。高效的工作。常用的電源電路包括開關(guān)電源盒穩(wěn)壓電源，開關(guān)電源工作效率高，一般輸出的電流較大。但紋波也較大；穩(wěn)壓電源的輸出穩(wěn)定度較高，但存在輸出電流較小、效率低、調(diào)整范圍小等缺點，采用何種方案設(shè)計取決于系統(tǒng)對電源系統(tǒng)的具體需求。 在ZigBee網(wǎng)絡(luò)電源設(shè)計過程中，需要關(guān)注協(xié)調(diào)節(jié)節(jié)點、路由節(jié)點、終端節(jié)點三種節(jié)點。由于在終端節(jié)點上分布著多種傳感器，故在設(shè)計電源系統(tǒng)是，需要考慮傳感器需求電源電壓的種類精度以及成本。由于大多數(shù)傳感器的工作電壓范圍很寬，為了方便，統(tǒng)一設(shè)計成5V供電。通過估算，單個氣體傳感器正常工作功耗電流在100mA以上，總共的驅(qū)動電流在500mA以上。，選擇了一款低成本的線性穩(wěn)壓器LMS1117。路由節(jié)點和協(xié)調(diào)節(jié)點采用CC2530芯片來構(gòu)建，電源設(shè)計以LMS1117為核心。 在進行電源系統(tǒng)的PCB設(shè)計時，需要特別注意電源系統(tǒng)的完整性，線性穩(wěn)壓器LMS1117輸出需要加22uF的固體鉭電容作為頻率補償，確保大多數(shù)情況下輸出的穩(wěn)定性，另外在輸入和輸出端口可適當加不同量級的電容，讓高頻噪聲下地，得到較小的紋波輸出。 終端傳感器節(jié)點電源系統(tǒng)設(shè)計 煙霧傳感器設(shè)計火災(zāi)的發(fā)生初期往往伴隨煙霧的產(chǎn)生，為了及時、高效的探測火災(zāi)，對煙霧的檢測非常重要。本項目選擇一款常見的煙霧傳感器MQ—2，該傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體和煙霧時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增大而增大，基于這個原理設(shè)計MQ—2信號采集電路，去除傳感器出來表征氣體濃度的變化?！?的基本工作電路，MQ—2傳感器有六個管腳，其中4個管腳用于信號輸出，其余兩個用于提供加熱電壓，外形呈對稱分布，工作時需要提供兩個電壓；加熱電壓VH和回路電壓VC，其中加熱電壓為傳感器提供特定的工作溫度，回路電壓用于測量與傳感器串聯(lián)的負載RL上的電壓VRL，加熱電壓保證了該傳感器正常工作。根據(jù)廠家提供的手冊，加熱電壓工作在5V,回路電壓小于24V，在保證傳感器性能要求的前提下，加熱電壓和回路電壓可以共用。為了能使傳感器對傳感器的迷你輸出電壓進行出路，負載電阻的阻值要設(shè)置恰當。，回路電壓和加熱電壓均為5V，傳感器體電阻量級在千歐姆，設(shè)置負載電阻R9為10K歐的寒冬變阻器。根據(jù)電力路連接關(guān)系科得到如在負載電壓公式： 式中，VRL是負載電壓，VC是回路電壓，RL是負載電阻，RS是傳感器在不同煙霧濃度情況下的體電阻。通過控制RL的阻值，可以將輸出電壓控制在可采樣的范圍內(nèi)，方便后端模數(shù)轉(zhuǎn)換快進行采樣處理。 煙霧傳感器電路 氣體傳感器設(shè)計天然氣是一種比較常見的燃料，現(xiàn)代家庭火災(zāi)的發(fā)生和氣體中毒很大原因在于燃氣的泄露。正是基于這樣的考慮，在終端傳感節(jié)點設(shè)置了監(jiān)控天然氣泄露的傳感單元MQ4，實時監(jiān)測環(huán)境天然氣濃度，杜絕火災(zāi)隱患。MQ4傳感器的工作原理和外形和MQ2相似，電路設(shè)計與MQ2相同，在此不再贅述。燃燒的初期會產(chǎn)生的大量的CO氣體。 溫度傳感器設(shè)計 DHT21是含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用單排4針引腳封裝。使用時，只需DATA引腳連接到MCU的任意GPIO即可，這里是連接到CC2530的P1_5引腳。另外，為了確保CC2530對DHT21有足夠的驅(qū)動能力，在DHT21 ，確保芯片有合適的灌電流。這樣，只要按照DHT21的邏輯時序編寫程序，控制MCU引腳的輸入/輸出，就可以從DATA引腳準確讀出溫濕度數(shù)據(jù)。： 溫度傳感器電路設(shè)計 當明火產(chǎn)生會輻射紅外波，為了進行火焰的低成本探測，選擇了一款火焰?zhèn)鞲衅鳎Y(jié)合雙電壓比較器芯片LM393設(shè)計成模擬信號、數(shù)字信號雙輸出的形式。當探測器區(qū)域不存在火焰，傳感器電阻極大，模擬信號端輸出低電平，此時在數(shù)字端也是輸出低電平；當火焰存在，流過傳感器的電流逐漸增大，模擬輸出端電壓逐漸變高，數(shù)字輸出端輸出高電平，發(fā)光二極管D10點亮指示探測到火焰。 火焰檢測電路圖 Zig