無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據中轉器的設計

摘要：介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據中轉器的工作原理和重要作用，提出了一種以32位ARM處理器LPC2148為核心的數據中轉器的設計方案，詳細介紹了教據中轉器的軟件設計、通信協(xié)議設計以及GPRS通信方式。該設計方案實(shí)時(shí)性強，穩定可靠。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；數據中轉器；GPRS通信；ARM LPC2148

0 引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種全新的信息獲取平臺，它可借助于多樣傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監測和收集網(wǎng)絡(luò )分布區域內各種目標對象的狀態(tài)信息，因而具有廣闊的應用前景。本文所討論的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據中轉器就是為實(shí)現遠程上位機對目標區域內的各種環(huán)境參數的實(shí)時(shí)監控而設汁的，它在整個(gè)系統中可實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感器采集數據的上傳和遠程上位機控制命令的下達，對整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據采集系統的穩定應用起著(zhù)承上啟下的作用。

1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的組成及工作原理
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據采集系統的總體結構方案如圖1所示。該系統由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，數據中轉器，GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸和上位機服務(wù)器等4部分組成。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(一個(gè)網(wǎng)絡(luò )一般可包含128個(gè)采集節點(diǎn))負責采集監測環(huán)境的有關(guān)數據，包括監測環(huán)境參數(空氣濕度，降雨量和土壤溫度等)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據(采集節點(diǎn)路由表、采集節點(diǎn)鄰居表以及采集節點(diǎn)狀態(tài)表)，并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )(監測區域內的短距離通信)發(fā)送給數據中轉器保存。當存儲的數據達到規定的數量以后，便可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )(監測區域與服務(wù)器問(wèn)的遠距離通信網(wǎng)絡(luò ))傳輸給上位機服務(wù)器，這樣可以減少數據中轉器與上位機的通信次數，降低系統的功耗。七位機服務(wù)器則可通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送控制命令給數據中轉器，進(jìn)而轉發(fā)給無(wú)線(xiàn)傳感器，用以控制傳感器采集數據的類(lèi)型、數據采集間隔、數據上傳間隔、網(wǎng)絡(luò )數據上傳類(lèi)型等，以使無(wú)線(xiàn)傳感器能按照用戶(hù)所希望的方式來(lái)工作。

2 數據中轉器的組成及工作原理
本文所討論的數據中轉器的硬件結構如圖2所示。數據中轉器以ARM處理器為核心構建而成，由雙鋰電池供電，通過(guò)匯聚節點(diǎn)和GPRS模塊分別與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和上位機通信。ARM處理器選用32位嵌入式處理器LPC2148，該處理器內置寬范圍的串行通信接口，并擁有40 KB的片內靜態(tài)RAM和512 KB的片內Flash程序存儲器，能完全滿(mǎn)足系統的應用要求。GPRS模塊選用SIM公司的SIM300C，其內部整合了TPC／IP協(xié)議，下載／上傳速度分別可達85．5／42．8 kB／s。匯聚節點(diǎn)主要由基于ZigBee協(xié)議的射頻芯片CC2531來(lái)組成。數據中轉器在整個(gè)數據采集系統中可起到一個(gè)承上啟下的作用，它可通過(guò)匯聚節點(diǎn)存儲和轉發(fā)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )上傳的采集數據和網(wǎng)絡(luò )信息，并通過(guò)GPRS模塊接收和轉發(fā)上位機下達的控制命令。ARM處理器LPC2148通過(guò)串口uart0與匯聚節點(diǎn)進(jìn)行通信，而通過(guò)串口uart1與GPRS模塊通信，同時(shí)通過(guò)串口SPI0將需要存儲的大量采集數據存入內存容量為2 GB的SD卡中。

3 數據中轉器的設計
數據中轉器的應用程序開(kāi)發(fā)可采用ARM Developer Suite V1．2開(kāi)發(fā)環(huán)境。在該開(kāi)發(fā)環(huán)境中，可完成程序的編輯與調試。編程語(yǔ)言以C語(yǔ)言為主，并可嵌入ARM匯編語(yǔ)言，系統平臺采用μC／OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，以保障開(kāi)發(fā)程序能夠可靠穩定的運行。