基于IPv6的無(wú)線(xiàn)高原凍土監測系統
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MC13224是專(zhuān)為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計的低功耗系列產(chǎn)品，具有3種可以單獨選擇的功耗模式，其中有可供選擇的低功耗休眠模式，休眠電流都在納安級，而且支持2～3．6 V的工作電壓，使其在電池供電的設備上具有優(yōu)秀的功耗表現。通過(guò)軟件編程可在需要時(shí)調整功耗模式以達到最佳的功耗性能，特別是MC13224在其掉電模式(Power Down)下工作電流僅為500 nA，并能通過(guò)外部高精度32．768 kHz的晶振精確控制其睡眠時(shí)間。
2．1．2 傳感器接口設計
傳感器有4種，分別是土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器。傳感器電源可以通過(guò)開(kāi)關(guān)三極管和MCU進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制以達到節能的目的。
4種傳感器的響應時(shí)間都大于150 ms，遠大于MC13224內部集成的ADC最小采樣時(shí)間，所以3個(gè)傳感器完全可以共用一個(gè)采樣通道。在此，將傳感器設置在通道1，其參考電壓設置為VREF=0 V，VREF+=2．5 V。這樣可以使得A／D采樣的數據更加精確。
2．1．3 射頻接口設計
MC13224內部集成了2．4 GHz IEEE 802．15．4標準的射頻收發(fā)器，具有出色的接收靈敏度和抗干擾能力。其可編程輸出功率為+4dBm。只需要極少量的外部元件就可以完成無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能。圖3為MC13224的射頻天線(xiàn)接口。為了方便開(kāi)發(fā)，同時(shí)設計了PCB微帶天線(xiàn)和SMC接口的外置天線(xiàn)。E1為PCB微帶天線(xiàn)，J1為外部天線(xiàn)接口。
3 匯聚節點(diǎn)設計
匯聚節點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò )和監控中心進(jìn)行數據交換和相應監控中心指令的核心，其功能主要是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )接收來(lái)自于傳感器節點(diǎn)的數據和向傳感器節點(diǎn)發(fā)送采集指令；同時(shí)實(shí)現監控中心雙向GPRS和SMS通信的功能。匯聚節點(diǎn)的硬件結構如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161074.htm
3．1 IPv6無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
IPv6無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計主要實(shí)現IPv6協(xié)議的核心部分，即報文的分片、重組、報頭壓縮和地址自動(dòng)配置；網(wǎng)絡(luò )拓撲采用最簡(jiǎn)單的星型結構。由于TCP要求三次握手，在無(wú)線(xiàn)環(huán)境中傳輸效率較低，因此不適合IPv6的傳輸要求。本設計主要采用UDP，ICMP的報文交互通信。新的TinyOS2．0系統能夠支持IPv6系統。這里使用TinyOS2．0系統作為WSN的操作系統平臺。
TinyOS是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式操作系統，是由加州大學(xué)的伯利克分校開(kāi)發(fā)研制的，主要應用于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )方面。其程序采用的是模塊化設計，其核心程序往往都很小，一般的核心代碼和數據大概在400字節左右，能夠突破傳感器系統存儲資源少的限制，讓TinyOS有效地在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )上運行并執行相應的管理工作。在TinyOS下實(shí)現IPv6無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )UDP數據包接收和發(fā)送流程略——編者注。
3．2 GSM／GPRS模塊
目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在50kb／s左右，完全能滿(mǎn)足系統數據傳輸速率的需求。GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環(huán)境。雖然要與遠在千里的監控中心進(jìn)行雙向通信，但是GPRS傳輸設備工作時(shí)只需與附近的移動(dòng)基站通信即可。其整體功耗與一臺普通GSM手機相當，平均功耗僅為200 mW左右，小于傳統數傳電臺。因此GPRS傳輸方式非常適用于在野外使用太陽(yáng)能供電或蓄電池供電的場(chǎng)合。GPRS模塊的使用需要先對串口和模塊進(jìn)行初始化，利用協(xié)議將數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸。
3．3 MCU在系統中的網(wǎng)關(guān)功能
網(wǎng)關(guān)的主要作用是協(xié)議轉換。MCU網(wǎng)關(guān)功能的具體實(shí)現過(guò)程是系統在MC13224中完成對IPv6數據的解包，將有效數據通過(guò)UART接口傳給MC35進(jìn)行GPRS封裝，再將數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳給監控中心。
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