WSN多点温度采集系统应用.doc

基于WSN多点温度采集系统应用摘要:本文设计了一个基于无线传感器网络（wsn）的多点温度采集系统。以cc2430为主控芯片，基于zigbee协议栈构建无线网络实现主从节点之间温度采集与传输。使用cc2430内部的温度传感器采集芯片工作温度，对无线传感器网络的工作状态进行监测。关键词：无线传感器网络；zigbee；cc2430，温度采集abstract: this paper introduces the design of a wireless sensor network ( wsn ) multi-point temperature acquisition system. using cc2430 as main control chip, based on the zigbee protocol wireless network to realize temperature collection and transmission between master and slave nodes. using cc2430 internal temperature sensor chip operating temperature, on the wireless sensor network working condition monitoring.key words: wireless sensor networkzigbeecc2430temperature acquisition中图分类号：tp274文献标识码：a 文章编号：1课题研究概况环境温度是许多工业场合的重要参数，研制可靠且实用的温度监测系统显得非常重要。通常，采用有线网络实现温度监测，具有布线麻烦、设备随意移动性不强等缺点。无线传感器网络(wsn，wirelesssensornetworks)具有自组织、可快速部署、屏蔽性强、无人值守等优点。随着射频技术、集成电路技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速率也越来越快，并且逐渐达到可以与有线网络相媲美的水平。本题目旨在采用wsn设计多点无线温度采集系统，并通过无线传感器网络将温度数据传输到wsn基站。2无线传感器网络概述无线传感器网络（wireless sensor networks，wsn）是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象的信息的实时监侧、感知和采集，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。2.1 无线传感器网络的特点无线传感器网络是由大量体积小、成本低，具有无线通信、传感、数据处理能力的传感器节点组成的，传感器节点一般由传感单元、处理单元、收发单元、电源单元等功能模块组成。在无线传感器网络中，大量传感器节点被布置在整个观测区域中，各个传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站，然后再通过基站以卫星通信或者有线网络连接的方式传送给最终用户。无线传感器网络与其他传统的网络相比有一些独有的特点：（1）大规模网络；（2）自组织网络；（3）以数据为中心的网络；（4）应用相关的网络；（5）无线传感器网络体系结构；2.2 无线传感器网络的关键技术无线传感器网络是信息感知与采集和计算模式的一场革命。它作为一个全新的研究领域在基础理论研究和工程技术研究两个层面上对科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。网络协议、网络安全、能量管理、数据融合、移动管理、扩展性和健壮性等就是影响无线传器网络性能的关键技术。2.3近距离无线通信技术zigbeezigbee是一种新兴的短距离、低速率无线传感器技术。它是一种介于无线标识技术和蓝牙之何的技术提案。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，最终这些数据将被传入计算机用于分析或是被另外一种无线技术收集，通信效率非常高。zigbee是一组基于ieee 802.15无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ieee 802.15.4是ieee确定的低速无线个域网的标准，这个标准定义了物理层和介质访问层。zigbee协议栈的网络层和应用层api由zigbee联盟进行标准化。zigbee被业界认为是最有可能应用在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域的无线技术。3基于wsn多点温度采集系统的硬件设计本文设计的温度采集系统采用zigbee 星型网络拓扑结构，建立了一个主节点（由多功能液晶扩展板和zigbee无线模块组合而成），两个从节点（由电池板和zigbee无线模块组合而成）的无线传感网络, 主要运用了cc2430内部具有温度传感器这一特性，实现温度数据的无线传输。各个从节点采集节点主控芯片的内部温度，并通过无线传感网络将各个节点的内部温度依次向主节点发送,主节点收到温度后经转换，用液晶屏显示出来。cc2430是chipcon公司推出的用来实现嵌入式zigbee应用的片上系统。它支持全球通用2.4ghz频段ieee 802.15.4/zigbee协议。根据芯片内置闪存的不同容量，提供给用户3个版本，即cc2430-f32/64/128，分别对应内置闪存32/64/128 kb。cc2430片上系统的功能模块集成了cc2420 rf收发器、增强工业标准。4 基于wsn多点温度采集系统的软件设计4.1编程思路fdma是一个多频率的通信方式，在课题中信道的改变是必要的，我们将频段设置在2.4ghz上，要改变信道的方法是改变寄存器channr，在改变信道的时候，只需要改变channr的值。本课题使用三个cc2430无线通讯模块，两个发送模块txl和tx2，一个接收模块rx。当上电复位后，小灯闪烁二次后，发送模块1和2的红黄小灯交替闪烁，并发送数据，发送模块1发送的数据为芯片1内部温度；发送模块2发送的数据为芯片2内部温度。发送模块就会向接收模块发送数据。模块tx1和模块tx2在编程时，被强制固定在不同的了频道上，模块tx1和模块tx2同时向rx模块发送数据包(因为在不同的了频道上发射，所以在空气中，这些数据包不会发射碰撞，不会出现数据包的传输错误)。而rx模块时时刻刻地扫描监视空气中不同了频道，发现有合格的数据包，就会自动进行接收。这就实现了点(rx模块)对多点(模块txl和模块tx2)的可靠无线数据通讯。4.2 接收程序fdma接收程序主要是在两个频道上循环监听，如果有收到发送模块的信号，就跳到另外一个频道继续监听。初始化射频部分cc2420和内部cpu，进入接收状态。然后程序进入主循环部分，等待接收信号，如果接收到数据后，相应的小灯会闪烁一次，然后改变自己的频道等待接收下一个频道的数据；若没有接收到数据，相应的小灯不会闪烁，继续监听本频道，若在设定监听时间内接收到数据则数据接收完跳转到另一频道，否则在设定时间结束后跳转到另一频道。接收到数据后，还应将数据通过液晶显示屏显示出来。接收程序流程图如图4.1所示。图4.1 接收程序流程图4.3 发送程序fdma发送程序主要功能为循环发送数据，程序开始同样是初始化程序，初始化射频部分cc2420和内部cpu，小灯闪烁二次后，小灯循环闪烁，开始发送数据。程序初始化完成之后为了与接收程序的频道对应，我们也根据节点的id号重新设定了节点的发送接收频道，这样使不同的节点各自占有各自唯一的频道。每次数据发送成功，小灯闪烁一次。发送程序流程图如图4.2所示。图4.2 发送程序流程图5结束语传统的温度测量方法只适用于采集变化范围较小的情况，对于多点大范围的温度数据采集来说，采用传统的温度采集方法，远距离传输不仅会引起较大的误差，而且存在可移植性和可放置性等较差等很多缺点。本课题的基于wsn多点温度采集系统的设计，通过无线发送模式和接收模式，将采集到的温度统一传输到指定的位置，进行存储和显示。以便随时随地的观察各个芯片的内部温度，以防止芯片因温度过高而被烧坏。并且无线传感网络技术具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性好、实现成本低等诸多优点, 可广泛应用于生产生活的各个领域, 尤其适用于数字家庭、智能大厦温度控制、小区安防监测等, 具有较好的通用性和应用前景。参考文献红萍，蒋云良，缪强:室内无线传感器网络及其应用j.计算机应用研究，2006，09：209-212。李文仲，段朝玉：zigbee2006 无线网络与无线定位实战m.北京：北京航天航空大学出版社，2008。洪文平：zi