【正文】 議，與基于地址的路由協(xié)議不同，節(jié)點(diǎn)不再有全局惟一地址，而代之以觀測(cè)數(shù)據(jù)的屬性。（3）洪泛式路由：典型算法Flooding，這種協(xié)議不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由計(jì)算，接收到消息的節(jié)點(diǎn)以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包給所有的相鄰節(jié)點(diǎn)。此類(lèi)協(xié)議假定每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道自己的地理位置以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地理位置，將節(jié)點(diǎn)分為不同的域，把查詢信息或者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給需要的地域，縮減了傳送范圍，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。雖然取得了一些進(jìn)展，但目前仍然有很多關(guān)鍵問(wèn)題未解決，如節(jié)能與通信服務(wù)質(zhì)量的平衡、面向應(yīng)用的路由協(xié)議、安全路由協(xié)議等問(wèn)題。對(duì)于整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，必須在設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮節(jié)能問(wèn)題，使得節(jié)點(diǎn)生存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年，以盡可能少的能量完成盡可能多的任務(wù)。將數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)答和網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)答靈活地結(jié)合起來(lái)便可實(shí)現(xiàn)滿足性能要求的傳輸層功率，并達(dá)到期望的功耗水平。由于傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)事件的偶發(fā)性，沒(méi)有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下，此時(shí)即可啟用休眠模式，能自適應(yīng)的休眠和喚醒，進(jìn)行突發(fā)工作，節(jié)省能量。另外根據(jù)負(fù)載狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，也可達(dá)到節(jié)省能量的功效。節(jié)點(diǎn)定位節(jié)點(diǎn)定位是指確定傳感器節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置或絕對(duì)位置，節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)必須結(jié)合其在測(cè)量坐標(biāo)系內(nèi)的位置信息才有意義?；诰嚯x的定位方法首先使用測(cè)距技術(shù)測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離或方位，然后使用三角計(jì)算、三邊計(jì)算、極大似然估計(jì)等方法進(jìn)行定位。目前為止，節(jié)點(diǎn)定位問(wèn)題的研究還很不完善，基于測(cè)量距離的定位方法需要附加的硬件設(shè)備，與測(cè)量距離無(wú)關(guān)的定位方法精度低。一般采用的方法是少數(shù)節(jié)點(diǎn)預(yù)先配置或者通過(guò)GPS得知自身位置信息而作為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)依靠信息計(jì)算出自身的絕對(duì)位置。另外，定位精度評(píng)估、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)定位的影響等問(wèn)題也有待于進(jìn)一步解決。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性以及信道的不穩(wěn)定性，使傳統(tǒng)的安全機(jī)制無(wú)法適用。可借鑒擴(kuò)頻通信、接入認(rèn)證/鑒權(quán)、數(shù)據(jù)水印、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。安全管理方面目前以密鑰對(duì)模型、基于多項(xiàng)式的密鑰對(duì)模型等是目前最具有代表性的算法。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約，還有待時(shí)日，但是最近幾年，隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來(lái)越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始投入使用。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究最早起源于軍事領(lǐng)域。通過(guò)隨機(jī)撤播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量傳感器節(jié)點(diǎn)密集地散布于預(yù)定區(qū)域，收集該區(qū)域內(nèi)有價(jià)值的信息，并通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送至指揮所，也可經(jīng)由衛(wèi)星信道轉(zhuǎn)發(fā)到指揮部，最后融合來(lái)自各戰(zhàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)形成我軍完備的戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢(shì)圖。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為火控和制導(dǎo)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的目標(biāo)定位信息。作為C“ISRT系統(tǒng)的一個(gè)不可或缺的組成部分，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低成本、密集型、隨機(jī)分布、白組織性和強(qiáng)容錯(cuò)能力的特點(diǎn)，及時(shí)、準(zhǔn)確地為戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)提供高可靠的軍事信息。 （2）環(huán)境應(yīng)用類(lèi)似地，對(duì)于森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)，可以將傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)密布于森林之中。(3)醫(yī)療應(yīng)用還可以利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間地收集人體的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在研制新藥品的過(guò)程中非常有用。在SSIM(5mart Sensors and Integrated Microsystems)項(xiàng)目中，100個(gè)微型傳感器被植入病人眼中，從而幫助盲人獲得了一定程度的視覺(jué)。 科學(xué)家還創(chuàng)建了一個(gè)“智能醫(yī)療之家”，即一個(gè)5間房的公寓住宅，使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)測(cè)量居住者的重要生命體征(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺(jué)姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況，所搜集的數(shù)據(jù)被用于開(kāi)展相應(yīng)的醫(yī)療研究。 哈佛大學(xué)的一個(gè)研究小組利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一個(gè)醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)。這種模式下，病人必須呆在床上，很不自由。該系統(tǒng)已經(jīng)在美國(guó)一些醫(yī)院里進(jìn)行測(cè)試。 嵌入家具和家電中的傳感器與執(zhí)行單元組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接在一起，能夠?yàn)槿藗兲峁└邮孢m、方便和具有人性化的智能家居環(huán)境。此外，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以監(jiān)測(cè)幼兒的早期教育環(huán)境，跟蹤兒童的活動(dòng)范圍，讓研究人員、父母或是老師全面地了解和指導(dǎo)兒童的學(xué)習(xí)過(guò)程。 自組織、微型化和對(duì)外部世界的感知能力，決定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域大有作為。通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)的探測(cè)可以得到實(shí)時(shí)的交通信息，如車(chē)輛的數(shù)量、長(zhǎng)度、道路擁塞程度等；通過(guò)車(chē)載主動(dòng)式的RFID可以得到每輛車(chē)的精確信息，如車(chē)輛的編號(hào)、證號(hào)、車(chē)型以及車(chē)主的相關(guān)信息等。利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以探測(cè)工作現(xiàn)場(chǎng)有哪些員工、他們?cè)谧鍪裁匆约八麄兊陌踩Ｕ系戎匾畔ⅰ?在太空探索方面，借助于航天器在外星體上撤播一些傳感器節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)星球表面長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，這是目前最為經(jīng)濟(jì)可行的探測(cè)方案。在倉(cāng)庫(kù)的每件存貨中安置傳感器節(jié)點(diǎn)，管理員可以方便地查詢到存貨的位置和數(shù)量。以我國(guó)西氣東輸及輸油管道的建設(shè)為例，由于這些管道在很多地方都要穿越大片無(wú)人煙的地區(qū)，這些地方的管道監(jiān)控一直都是難題。2005年，印度洋海嘯之后，世界各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人在印尼雅加達(dá)舉行峰會(huì)，議程的首要任務(wù)之一就是計(jì)劃在印度洋構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，以便對(duì)海底地震作出預(yù)警。但是從國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀看，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用還不成熟，仍存在著很大的研發(fā)空間?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要有以下幾個(gè)方向：（1） 節(jié)點(diǎn)微型化：利用現(xiàn)在的微機(jī)電、微無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)微體積、長(zhǎng)壽命的傳感器傳節(jié)點(diǎn)是一個(gè)重要的研究。（2） 尋求系統(tǒng)節(jié)能策略：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，因此功耗問(wèn)題上已經(jīng)取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，未來(lái)將會(huì)取得更大的進(jìn)步。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達(dá)到實(shí)用化，要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格控制在1美元以下，而現(xiàn)在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的行人大約在80美元左右。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)，也是一個(gè)重要的研究課題。當(dāng)其中某些岻哩，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速找到這些節(jié)點(diǎn)，并且不影響到網(wǎng)絡(luò)的正常使用。 本文研究主要內(nèi)容(1) 基于ARM7系統(tǒng) LPC2214的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的總體方案設(shè)計(jì)?；谝苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)工作原理是：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一守?cái)?shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，傳感區(qū)域內(nèi)用一個(gè)基站（計(jì)算機(jī)）管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的輸入數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)一守的路由后傳輸?shù)交?。因而，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)，可以提升網(wǎng)絡(luò)性能，保障通訊能力?；谝苿?dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和靜態(tài)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中必須有唯一的地址編碼和特定的數(shù)據(jù)傳輸格式。 本章主要介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義及應(yīng)用，詳細(xì)地講述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)理論與實(shí)踐的分析，預(yù)測(cè)未來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著科技的進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)向智能化、微型化、安全化發(fā)展，將更大的促進(jìn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展。該系統(tǒng)可分為時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、無(wú)線射頻通訊電路、顯示電路、近距離紅外傳感器電路、控制電路和報(bào)警電路。A/DC主控制電路電源傳感器無(wú)線通訊單元SPII/OUARTJATGARM7TDMIS處理器片內(nèi)FLASH片內(nèi)RAMI/OLPC2214顯示器報(bào)警器RS232轉(zhuǎn)換電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元直流電機(jī)圖21 硬件結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)圖 系統(tǒng)硬件器件本系統(tǒng)選用的主要器件有LPC2214, L298N, nRF904, SP708S等。 LPC2214 LPC2212/LPC2214是一款基于16/32位ARM7TDMIS，并支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的CPU,并帶有128/256 k字節(jié)(k )嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼 規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。LPC2212/LPC2214采用144腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32位定時(shí)器、8路10位ADC、PWM輸出以及多達(dá)9個(gè)的外部中斷，這款微控制器特別適合工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、收款機(jī)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。特性：16/32位ARM7TDMIS核，LQFP144封裝；16kB片內(nèi)SRAM；128/256kB片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，128位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60 MHz工作頻率；可加密：全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)可加密的ARM微控制器； 512字節(jié)行編程時(shí)間為1ms。當(dāng)使用片內(nèi)Real Monitor軟件對(duì)前臺(tái)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，中斷服務(wù)程序可繼續(xù)運(yùn)行；8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，；2個(gè)32位定時(shí)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門(mén)狗；向量中斷控制器。 V)；－I/O操作電壓范圍：～ V( V177。每個(gè)AHB外設(shè)都分配了16KB的地址空間。AHB到VPB的橋?qū)PB與AHB總線相連。每個(gè)VPB外設(shè)在VPB地址空間內(nèi)都分配了16KB地址空間。軟件可以通過(guò)控制該模塊讓引腳與特定的內(nèi)外設(shè)相連?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。輸出電流可達(dá)2．5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。EnA、EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， Shock Burst TM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。nRF905適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無(wú)線開(kāi)鎖、無(wú)線監(jiān)測(cè)、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。芯片結(jié)構(gòu)如圖23所示：表21PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0XX關(guān)機(jī)模式10X空閑模式110射頻接收模式111射頻發(fā)送模式2工作模式如表21：nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個(gè)引腳決定。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。下面具體詳細(xì)分析nRF905的發(fā)送流程和接收流程。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程開(kāi)始，無(wú)論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過(guò)程都會(huì)被處理完。接收流程:A. 當(dāng)TRX_CE為高、TX_EN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入ShockBurstTM接收模式；B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)；C. 當(dāng)nRF905檢測(cè)到同一頻段的載波時(shí)，載波檢測(cè)引腳被置高；D. 當(dāng)接收到一個(gè)相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；E. 當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳置高F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905進(jìn)入空閑模式；G. 微控制器通過(guò)SPI口，以一定的速率把數(shù)據(jù)移到微控制器內(nèi)；H. 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)接收完畢，nRF905把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳和地址匹配引腳置低；I. nRF905此時(shí)可以進(jìn)入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發(fā)送模式或關(guān)機(jī)模式。當(dāng)微處理器接到地址匹配引腳的信號(hào)之后，其就知道nRF905正在接收數(shù)據(jù)包，其可以決定是讓nRF905繼續(xù)接收該數(shù)據(jù)包還是進(jìn)入另一個(gè)工作模式。在關(guān)機(jī)模式，nRF905的工作電流最小?？臻e模式有利于減小工作電流，其從空閑模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較短。nRF905在空閑模式下的工作電流跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。SIP接口的工作方式可通過(guò)SPI指令進(jìn)行設(shè)置。SPI接口配置:SPI接口由狀態(tài)寄存器、射頻配置寄存器、發(fā)送地址寄存器、發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器5個(gè)寄存器組成。 SP708SSP708S ++。其集成有眾多組件，可監(jiān)測(cè)uP及數(shù)字系統(tǒng)中的供電及電池的工作情況。SP706P/S/R/T，SP708R/S/T系列包含一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)uP復(fù)位模塊，一個(gè)供電失敗比較器，及一個(gè)手動(dòng)復(fù)位輸入模塊。對(duì)于對(duì)電源供電要求嚴(yán)格的u P系統(tǒng)/數(shù)字處理系統(tǒng)，SP706P/R/S/T，SP708R/S/T系列是一款非常理想的選擇。2. ，一個(gè)獨(dú)立的看門(mén)輸出將為低?；虮O(jiān)控一個(gè)非++。 LED顯示器LED(LightEmittingDiode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段，其發(fā)光效率可超過(guò)150lm/W（2010年）。有人還預(yù)測(cè)，未來(lái)的LED壽命上限將無(wú)窮大。光強(qiáng)與流明是比小功率大，但同樣散熱也很大，現(xiàn)在大功率都是單顆應(yīng)用，加很大的散熱片。市面上的手電筒一般是用草帽頭做的?，F(xiàn)在就擔(dān)心有些廠家不重質(zhì)量，拿的次品LED做電筒，用不了多久就有死燈。二、耗電量低　　LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。三、使用壽命長(zhǎng)有人稱(chēng)LED光源為長(zhǎng)壽燈。四、高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源六、堅(jiān)固耐用LED被完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。八、技術(shù)先進(jìn)與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。 本章小結(jié)本章介紹設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的方法，以ARM7系統(tǒng)的LPC2214為核心，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單高效的管理流程。并介紹了為設(shè)計(jì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)而有使用到的芯片及硬件器件。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 近距離紅外傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)包括2路傳感器及其驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路。微處理器LPC2214以掃描方式通過(guò)I/O口選 通其中1路工作以降低功耗，傳感器系