CC2531的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

摘要：提出一種基于射頻芯片CC2531的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)方案，基于任務(wù)調(diào)度機(jī)制，采用功能模塊化設(shè)計(jì)。簡要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)的硬件電路，重點(diǎn)對系統(tǒng)軟件主流程以及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和能源管理4個(gè)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)作了詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；CC2531；軟件設(shè)計(jì)

引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由一組傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。它們通過多跳自組織的方式構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集分布區(qū)域內(nèi)監(jiān)測對象的各種信息，以無線通信方式發(fā)送至上位機(jī)。節(jié)點(diǎn)硬件提供了實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的平臺(tái)，而真正實(shí)現(xiàn)這些功能的應(yīng)用需要借助軟件來完成。因此，軟件設(shè)計(jì)對整個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能控制和資源的分配利用有較大的影響。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)采集節(jié)點(diǎn)、1個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)、1個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器以及1個(gè)便于用戶查看和控制的上位機(jī)組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。采集節(jié)點(diǎn)用于對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的預(yù)處理，擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)的路由；匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的開啟和維護(hù)，向采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，搜
集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以及完成與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器之間的串口通信；數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器承擔(dān)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)的命令；上位機(jī)是數(shù)據(jù)搜集的終端設(shè)備，并且可以根據(jù)用戶的需要對節(jié)點(diǎn)的采集時(shí)間間隔、休眠時(shí)間間隔、傳感器的開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。



2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
為方便數(shù)據(jù)的搜集，匯聚節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)相同，只是軟件設(shè)計(jì)有所不同。任意節(jié)點(diǎn)都可作為匯聚節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器通過串口進(jìn)行通信，來搜集網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。


核心芯片選用TI公司推出的ZigBee芯片CC2531。它以8051微處理器為內(nèi)核，自身攜帶的射頻收發(fā)器用來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信。選用5 路I／O口來控制傳感器的打開和關(guān)閉。傳感器組將相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)變成電壓、電流等信號(hào)送給信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)相關(guān)調(diào)理后送到CC2531的A／D轉(zhuǎn)換器接口進(jìn)行A／D采樣，最后將得到的采樣數(shù)據(jù)存入一個(gè)外接的256 Kb的存儲(chǔ)器中。當(dāng)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)時(shí)，CC25 31的兩路I／0口被設(shè)置成UARTO串口Tx和Rx，用于與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器進(jìn)行串口通信。為保證節(jié)點(diǎn)長期穩(wěn)定地工作，選用3 Ah的鉛酸充電電池，兩組鉛酸電池采用雙電源供電模式。軟件通過控制兩組鉛酸電池的切換實(shí)現(xiàn)對節(jié)點(diǎn)的輪流供電，并在電池電壓不足時(shí)控制太陽能電池板對其進(jìn)行充電，保持“一充一供”的狀態(tài)。