一種基于ZigBee協(xié)議的動(dòng)態(tài)數據采集系統的實(shí)現

摘要：動(dòng)態(tài)數據采集有著(zhù)采集范圍大、采集點(diǎn)眾多、數據通信困難、布線(xiàn)空間有限、自動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)，傳統的以總線(xiàn)方式組成網(wǎng)絡(luò )的采集系統很難滿(mǎn)足這種應用要求。在此動(dòng)態(tài)數據采集系統的設計充分借鑒無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計思想，探討一種基于ZigBee協(xié)議無(wú)線(xiàn)傳榆的設計方案，具有低功耗、靈活性強、可擴展好、體積小、成本低等特點(diǎn)，解決了傳統的采集系統的設計瓶頸，并具有新的優(yōu)異特性。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；動(dòng)態(tài)數據采集；TinyOS

O 引言
數據采集是獲取信息的基本手段，作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，數據采集技術(shù)是包括了傳感器技術(shù)、信號處理、數據通信、微型計算機等技術(shù)的一門(mén)綜合應用技術(shù)。在實(shí)際應用中，很多數據采集系統往往很難實(shí)現對動(dòng)態(tài)目標進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監控。對動(dòng)態(tài)數據采集系統來(lái)說(shuō)，有著(zhù)采集范圍大、采集點(diǎn)眾多、布線(xiàn)空間有限、體積小、自動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn)，傳統的以總線(xiàn)方式組成網(wǎng)絡(luò )的采集系統很難滿(mǎn)足這種應用要求。
在此探討的動(dòng)態(tài)數據采集系統由動(dòng)態(tài)數據采集節點(diǎn)組成，以自組織方式構成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。節點(diǎn)軟硬件設計借鑒無(wú)線(xiàn)傳感器的節點(diǎn)設計思想，采用MSP430系列微處理器芯片和FLASH芯片分別作為處理和存儲單元；采用USB轉串口芯片FT232BM完成MSP430的BSL下載電路和MSP430與PC的串行通信接口；采用CC2420模塊完成了支持802.15.4／ZigBee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)通信模塊設計。開(kāi)發(fā)出的硬件平臺既可以作為終端采集節點(diǎn)，又可以作為通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數據的收發(fā)。軟件系統設計上，移植無(wú)線(xiàn)傳感器專(zhuān)門(mén)的嵌入式操作系統TinyOS到MSP430微處理器，使用nesC語(yǔ)言編寫(xiě)應用程序。系統以溫度作為采集變量，建立了一個(gè)具有采集溫度數據、預處理、打包無(wú)線(xiàn)傳輸功能的動(dòng)態(tài)數據采集系統終端節點(diǎn)的設計。并利用終端節點(diǎn)的PC接口實(shí)現網(wǎng)關(guān)的功能，完成網(wǎng)關(guān)應用程序設計。

1 節點(diǎn)設計
1．1 節點(diǎn)的一般結構
一個(gè)典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計包括了傳感器單元、數據處理單元、無(wú)線(xiàn)通信單元和電源管理單元，以及用戶(hù)接口等一些擴展設計單元，如圖1所示。


1．2 節點(diǎn)設計的要求
節點(diǎn)設計主要有3點(diǎn)要求。第一，動(dòng)態(tài)數據采集系統的采集對象往往是目標的溫度、濕度、速度等參數，整個(gè)系統需要在無(wú)人環(huán)境下長(cháng)期正常工作，因此低功耗設計是動(dòng)態(tài)數據采集系統的首要要素；第二，動(dòng)態(tài)數據采集系統處理數率較低、數據傳輸量少、主要采用無(wú)線(xiàn)傳輸的形式，因此選擇無(wú)須許可的、合適、低價(jià)的通信方式是保證動(dòng)態(tài)數據采集系統正常工作的關(guān)鍵。第三，本系統采集的對象主要是針對飛禽走獸等野生動(dòng)物，為了實(shí)現監控的方便，采集節點(diǎn)還必須要滿(mǎn)足體積小、靈活性強等特點(diǎn)。