基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)部署在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于軍事與民防、環(huán)境生態(tài)觀測、醫(yī)療護(hù)理、智能建筑等領(lǐng)域。傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元，它是由傳感器、處理器、無線收發(fā)和能量供應(yīng)四個(gè)模塊組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則是由大量體積小、能耗低、具有無線通信、傳感和數(shù)據(jù)處理功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，因此，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。本文基于無線傳感器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，自主設(shè)計(jì)了一種基于針對ZigBee協(xié)議、以CC2430芯片為核心的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。
1 ZigBee技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)采用短距離的無線通信方式，現(xiàn)在流行的無線短距離通信技術(shù)主要有紅外技術(shù)(IrDA)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)技術(shù)(Wi-Fi)等。表1列出了ZigBee技術(shù)與這些短距離無線通信技術(shù)的比較，從表中不難看出，各種通信技術(shù)都具有各自的特點(diǎn)，適用于不同的場合。紅外技術(shù)由于其傳輸距離有限、傳輸方向性強(qiáng)等缺點(diǎn)，在應(yīng)用范圍上受到了一定程度的限制；藍(lán)牙技術(shù)只能配置7個(gè)節(jié)點(diǎn)，制約了其在大型傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中的應(yīng)用；無線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)射功率比較大，大多數(shù)便攜Wi-Fi裝置都需要常規(guī)充電，從而限制了它在工業(yè)場合的推廣和應(yīng)用。
在比較之下，ZigBee技術(shù)具有成本更低、網(wǎng)絡(luò)容量更大、功耗更低、時(shí)延更短等優(yōu)點(diǎn)，故而本文選取了Zig-Bee技術(shù)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)互通的平臺。ZigBee是一種短距離、低速率、低功耗、低成本和低復(fù)雜度的無線傳輸技術(shù)，它工作于無需注冊的2．4 GHz ISM頻段，傳輸速率為100～250 Kb／s，傳輸距離為10～75 m，典型距離為30 m。ZigBee是IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展集，它基于標(biāo)準(zhǔn)的7層開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型。網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用層(APL)的框架設(shè)計(jì)是由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)制定，IEEE則制定物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制層(MAC)標(biāo)準(zhǔn)。其中，APL的框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對象(ZDO)以及由制造商指定的應(yīng)用對象。ZigBee的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) |
2．2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 2．3 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 其中調(diào)用了多個(gè)子程序模塊用來處理相應(yīng)的功能。初始化模塊來初始化系統(tǒng)及ZigBee模塊，使系統(tǒng)的工作頻率保證在RF正常工作的32 MHz的晶振頻率；查詢模塊用來查詢附近通信節(jié)點(diǎn)的信息；通信鏈路模塊用來建立監(jiān)測區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)鏈路；數(shù)據(jù)通信模塊用來接收并分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，處理后將數(shù)據(jù)信息發(fā)送出去。
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