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面向環(huán)境監測的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的軟件設計
作者：
時(shí)間：2010-07-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引 言
環(huán)境監測是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的重要應用領(lǐng)域。為搜集某一區域內的環(huán)境數據，傳感器節點(diǎn)需要在無(wú)人值守情況下長(cháng)時(shí)間地工作在惡劣環(huán)境條件下。傳感器節點(diǎn)的軟件設計為節點(diǎn)正常工作提供了重要保證。
1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統結構
整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由若干個(gè)采集節點(diǎn)、1個(gè)匯聚節點(diǎn)、1個(gè)數據中轉器以及1個(gè)便于用戶(hù)查看和控制的上位機組成。系統結構如圖1所示。采集節點(diǎn)用于對環(huán)境數據的采集、數據的預處理，承當數據的路由；匯聚節點(diǎn)負責整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)啟和維護，向采集節點(diǎn)發(fā)送命令，搜集節點(diǎn)的數據以及和數據中轉器之間的串口通信；數據中轉器承擔數據的中轉及轉發(fā)上位機的命令；上位機是數據搜集的終端設備，并且可以根據用戶(hù)的需要對節點(diǎn)的采集時(shí)間間隔、休眠時(shí)間間隔、傳感器的開(kāi)關(guān)進(jìn)行相應設置。
2 節點(diǎn)的硬件電路
為方便數據的搜集，匯聚節點(diǎn)和采集節點(diǎn)硬件電路設計相同，只是軟件設計有所不同。任意節點(diǎn)都可作為匯聚節點(diǎn)，與數據中轉器通過(guò)串口進(jìn)行通信，來(lái)搜集網(wǎng)絡(luò )中其他節點(diǎn)的數據。節點(diǎn)的硬件結構如圖2所示。
本設計選用的核心芯片是TI公司推出的ZigBee芯片CC2430。它以8051微處理器為內核，自身攜帶的射頻收發(fā)器用來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的通信，提供了4路I／O口來(lái)控制傳感器的打開(kāi)和關(guān)閉。傳感器將相應的環(huán)境數據變成電壓、電流等信號送給信號調理電路，經(jīng)相關(guān)調理后送到CC2430的ADC接口進(jìn)行A／D采樣，最后CC2430將得到的A／D值存人1個(gè)外接的64 Kb的存儲器中。當節點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò )中的匯聚節點(diǎn)時(shí)，CC2430的2路I／O口被設置成UART0串口Tx和Rx，用于和數據中轉器進(jìn)行串口通信。對于能源供應部分，為保證節點(diǎn)長(cháng)期穩定工作，選用2300 mA的鎳氫充電電池，2組鎳氫電池采用雙電源供電模式。軟件通過(guò)控制2組鎳氫電池的切換實(shí)現對節點(diǎn)的輪流供電，并在電池電壓不足時(shí)控制太陽(yáng)能電池板對其進(jìn)行充電。
3 節點(diǎn)軟件設計
3.1 Z-Stack協(xié)議棧簡(jiǎn)介
本次的軟件設計基于TI公司Z-Stack 2006協(xié)議棧。Z-Stack 2006是TI公司專(zhuān)門(mén)為CC2430芯片設計的ZigBee協(xié)議棧。它由1個(gè)簡(jiǎn)單的單線(xiàn)程的操作系統管理。該操作系統基于任務(wù)調度機制，任務(wù)通過(guò)API函數osalTaskAdd()按照優(yōu)先級添加到任務(wù)鏈表。任務(wù)的事件觸發(fā)實(shí)現任務(wù)調度。每個(gè)任務(wù)最多可定義16個(gè)事件，每個(gè)事件都對應1個(gè)唯一的事件號。NextActiveTask()是任務(wù)事件查詢(xún)函數，返回任務(wù)的事件狀態(tài)ActiveTask，根據返回的事件值來(lái)調用相應的任務(wù)處理函數ActiveTask()進(jìn)行處理。操作系統任務(wù)調度如圖3所示。
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