一種基于ZigBee協(xié)議的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘要：動態(tài)數(shù)據(jù)采集有著采集范圍大、采集點眾多、數(shù)據(jù)通信困難、布線空間有限、自動作業(yè)等特點，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡的采集系統(tǒng)很難滿足這種應用要求。在此動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計充分借鑒無線傳感器網(wǎng)絡設計思想，探討一種基于ZigBee協(xié)議無線傳榆的設計方案，具有低功耗、靈活性強、可擴展好、體積小、成本低等特點，解決了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)的設計瓶頸，并具有新的優(yōu)異特性。
關鍵詞：ZigBee；無線傳感器網(wǎng)絡；動態(tài)數(shù)據(jù)采集；TinyOS

O 引言
數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段，作為信息科學的一個重要分支，數(shù)據(jù)采集技術(shù)是包括了傳感器技術(shù)、信號處理、數(shù)據(jù)通信、微型計算機等技術(shù)的一門綜合應用技術(shù)。在實際應用中，很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往很難實現(xiàn)對動態(tài)目標進行實時采集和監(jiān)控。對動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，有著采集范圍大、采集點眾多、布線空間有限、體積小、自動作業(yè)等特點，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡的采集系統(tǒng)很難滿足這種應用要求。
在此探討的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由動態(tài)數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成，以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡。節(jié)點軟硬件設計借鑒無線傳感器的節(jié)點設計思想，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(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T232BM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)議的無線通信模塊設計。開發(fā)出的硬件平臺既可以作為終端采集節(jié)點，又可以作為通信網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。軟件系統(tǒng)設計上，移植無線傳感器專門的嵌入式操作系統(tǒng)TinyOS到MSP430微處理器，使用nesC語言編寫應用程序。系統(tǒng)以溫度作為采集變量，建立了一個具有采集溫度數(shù)據(jù)、預處理、打包無線傳輸功能的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端節(jié)點的設計。并利用終端節(jié)點的PC接口實現(xiàn)網(wǎng)關的功能，完成網(wǎng)關應用程序設計。

1 節(jié)點設計
1．1 節(jié)點的一般結(jié)構(gòu)
一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計包括了傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線通信單元和電源管理單元，以及用戶接口等一些擴展設計單元，如圖1所示。


1．2 節(jié)點設計的要求
節(jié)點設計主要有3點要求。第一，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集對象往往是目標的溫度、濕度、速度等參數(shù)，整個系統(tǒng)需要在無人環(huán)境下長期正常工作，因此低功耗設計是動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首要要素；第二，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理數(shù)率較低、數(shù)據(jù)傳輸量少、主要采用無線傳輸?shù)男问?，因此選擇無須許可的、合適、低價的通信方式是保證動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作的關鍵。第三，本系統(tǒng)采集的對象主要是針對飛禽走獸等野生動物，為了實現(xiàn)監(jiān)控的方便，采集節(jié)點還必須要滿足體積小、靈活性強等特點。