無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了教據(jù)中轉(zhuǎn)器的軟件設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)以及GPRS通信方式。該設(shè)計(jì)方案實(shí)時(shí)性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器；GPRS通信；ARM LPC2148

0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取平臺(tái)，它可借助于多樣傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和收集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各種目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)信息，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。本文所討論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器就是為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程上位機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控而設(shè)汁的，它在整個(gè)系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)無線傳感器采集數(shù)據(jù)的上傳和遠(yuǎn)程上位機(jī)控制命令的下達(dá)，對(duì)整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定應(yīng)用起著承上啟下的作用。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成及工作原理
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。該系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，GPRS無線傳輸和上位機(jī)服務(wù)器等4部分組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(一個(gè)網(wǎng)絡(luò)一般可包含128個(gè)采集節(jié)點(diǎn))負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)環(huán)境的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)(空氣濕度，降雨量和土壤溫度等)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)(采集節(jié)點(diǎn)路由表、采集節(jié)點(diǎn)鄰居表以及采集節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表)，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)(監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的短距離通信)發(fā)送給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器保存。當(dāng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)達(dá)到規(guī)定的數(shù)量以后，便可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)(監(jiān)測(cè)區(qū)域與服務(wù)器問的遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò))傳輸給上位機(jī)服務(wù)器，這樣可以減少數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器與上位機(jī)的通信次數(shù)，降低系統(tǒng)的功耗。七位機(jī)服務(wù)器則可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)給無線傳感器，用以控制傳感器采集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)采集間隔、數(shù)據(jù)上傳間隔、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)上傳類型等，以使無線傳感器能按照用戶所希望的方式來工作。

2 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的組成及工作原理
本文所討論的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器以ARM處理器為核心構(gòu)建而成，由雙鋰電池供電，通過匯聚節(jié)點(diǎn)和GPRS模塊分別與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)通信。ARM處理器選用32位嵌入式處理器LPC2148，該處理器內(nèi)置寬范圍的串行通信接口，并擁有40 KB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512 KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，能完全滿足系統(tǒng)的應(yīng)用要求。GPRS模塊選用SIM公司的SIM300C，其內(nèi)部整合了TPC／IP協(xié)議，下載／上傳速度分別可達(dá)85．5／42．8 kB／s。匯聚節(jié)點(diǎn)主要由基于ZigBee協(xié)議的射頻芯片CC2531來組成。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器在整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可起到一個(gè)承上啟下的作用，它可通過匯聚節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上傳的采集數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信息，并通過GPRS模塊接收和轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)下達(dá)的控制命令。ARM處理器LPC2148通過串口uart0與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，而通過串口uart1與GPRS模塊通信，同時(shí)通過串口SPI0將需要存儲(chǔ)的大量采集數(shù)據(jù)存入內(nèi)存容量為2 GB的SD卡中。

3 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的應(yīng)用程序開發(fā)可采用ARM Developer Suite V1．2開發(fā)環(huán)境。在該開發(fā)環(huán)境中，可完成程序的編輯與調(diào)試。編程語言以C語言為主，并可嵌入ARM匯編語言，系統(tǒng)平臺(tái)采用μC／OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以保障開發(fā)程序能夠可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。