基于IPv6的無(wú)線高原凍土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

作者：時(shí)間：2012-02-21 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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MC13224是專(zhuān)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的低功耗系列產(chǎn)品，具有3種可以單獨(dú)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(jí)，而且支持2～3．6 V的工作電壓，使其在電池供電的設(shè)備上具有優(yōu)秀的功耗表現(xiàn)。通過(guò)軟件編程可在需要時(shí)調(diào)整功耗模式以達(dá)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(shè)計(jì)
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?dú)鈧鞲衅?。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(dá)到節(jié)能的目的。
4種傳感器的響應(yīng)時(shí)間都大于150 ms，遠(yuǎn)大于MC13224內(nèi)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(shè)置在通道1，其參考電壓設(shè)置為VREF=0 V，VREF+=2．5 V。這樣可以使得A／D采樣的數(shù)據(jù)更加精確。
2．1．3 射頻接口設(shè)計(jì)
MC13224內(nèi)部集成了2．4 GHz IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)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)線收發(fā)功能。圖3為MC13224的射頻天線接口。為了方便開(kāi)發(fā)，同時(shí)設(shè)計(jì)了PCB微帶天線和SMC接口的外置天線。E1為PCB微帶天線，J1為外部天線接口。

3 匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
匯聚節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和相應(yīng)監(jiān)控中心指令的核心，其功能主要是通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自于傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集指令；同時(shí)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心雙向GPRS和SMS通信的功能。匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161074.htm

3．1 IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
IPv6無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)IPv6協(xié)議的核心部分，即報(bào)文的分片、重組、報(bào)頭壓縮和地址自動(dòng)配置；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎米詈?jiǎn)單的星型結(jié)構(gòu)。由于TCP要求三次握手，在無(wú)線環(huán)境中傳輸效率較低，因此不適合IPv6的傳輸要求。本設(shè)計(jì)主要采用UDP，ICMP的報(bào)文交互通信。新的TinyOS2．0系統(tǒng)能夠支持IPv6系統(tǒng)。這里使用TinyOS2．0系統(tǒng)作為WSN的操作系統(tǒng)平臺(tái)。
TinyOS是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式操作系統(tǒng)，是由加州大學(xué)的伯利克分校開(kāi)發(fā)研制的，主要應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面。其程序采用的是模塊化設(shè)計(jì)，其核心程序往往都很小，一般的核心代碼和數(shù)據(jù)大概在400字節(jié)左右，能夠突破傳感器系統(tǒng)存儲(chǔ)資源少的限制，讓TinyOS有效地在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行并執(zhí)行相應(yīng)的管理工作。在TinyOS下實(shí)現(xiàn)IPv6無(wú)線網(wǎng)絡(luò)UDP數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸速率在50kb／s左右，完全能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(yuǎn)在千里的監(jiān)控中心進(jìn)行雙向通信，但是GPRS傳輸設(shè)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(tái)普通GSM手機(jī)相當(dāng)，平均功耗僅為200 mW左右，小于傳統(tǒng)數(shù)傳電臺(tái)。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(duì)串口和模塊進(jìn)行初始化，利用協(xié)議將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。
3．3 MCU在系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)功能
網(wǎng)關(guān)的主要作用是協(xié)議轉(zhuǎn)換。MCU網(wǎng)關(guān)功能的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是系統(tǒng)在MC13224中完成對(duì)IPv6數(shù)據(jù)的解包，將有效數(shù)據(jù)通過(guò)UART接口傳給MC35進(jìn)行GPRS封裝，再將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳給監(jiān)控中心。