基于CDMA的无线传感器网络网关节点设计研究（设计成果+说明书+任务书+开通报告）

摘要针对无线传感器网络网关节点进行了设计研究。在确定“M2M”（机器到机器）网关节点总体设计方案的基础上，采用CDMA通信技术、传感器网络通信技术、嵌入式技术研制了基于CDMA的无线传感器网络网关节点；分析了传感器网络和CDMA网络通信的原理，采用LPC2132嵌入式微处理器、ZigBee无线通信模块、CDMA无线通信模块等电子器件设计了网关节点的硬件；应用IAR嵌入式工作平台，利用ZigBee通信协议，编写程序实现了传感器节点与网关节点之间的数据传输；应用ADS电路和系统分析软件，通过编写AT控制命令，利用CDMA无线通信模块内置的TCP协议实现了网关节点与CDMA网络之间的数据传输。测试结果表明，该网关节点能够完成数据从传感网至监控中心的传输任务。关键词无线传感器网络，CDMA通信，网关设计AbstractAresearchisdesignedaimedatgatewaynodeinwirelesssensornetwork.Theworkingmodeof“M2M”(machinetomachine)isadoptedinthisarticle.ThetechnologyofCDMA,sensornetworksandembeddeddevelopingareusedtodesignthegatewaynode.TheintegratedcomponentsofLPC2132,CC2430andEM200areusedinthehardwaredesigning.TheprinciplesofsensornetworkandCDMAnetworkcommunicationareanalyzed.DatatransmissionprogrambetweenthegatewayandsensornodesisdevelopedbyIAREmbeddedworkbenchandZigBeecommunicationprotocol.Otherwise,thedatatransmissionbetweenthegatewayandCDMAnetworkisdevelopedbyADScircuitanditssystemanalysissoftware,ATcontrolcommandandTCP/IPprotocolwhichembeddedintheCDMAwirelesscommunicationmodule.Itisresultedthatthedatatransmissionfromthesensornetworktothemonitoringcentercanbecompletedeasilybyusingthegatewaynodedevelopedbythisarticle.KeywordsWirelessSensorNetwork,CDMACommunication,GatewayDesign目录1引言.11.1课题研究背景及意义.11.2国内外研究与发展现状.11.3课题研究的主要内容.21.4课题研究创新点.32网关无线通信方案.32.1无线传感器网络.32.2传感网无线通信方案.32.2.1网关节点常用传感网无线通信方案.32.2.2ZigBee技术及应用.52.3公众网通信方案.72.3.1网关节点常用公众网通信方案.72.3.2CDMA2000-1X通信方案.82.4基于CDMA的无线传感器网络网关节点的组成及工作原理.102.5小结.113基于CDMA的无线传感器网络网关节点硬件设计.113.1网关节点硬件总体设计.113.2核心控制模块电路设计.123.2.1ARM微处理器LPC2振荡电路设计.143.2.3复位电路设计.143.2.4存储电路设计.143.2.5核心模块总体设计电路图.153.3ZigBee无线通信模块硬件电路设计.153.3.1ZigBee无线通信芯片CC24ZigBee无线通信模块复位电路设计.163.3.3天线接口电路设计.163.3.4程序下载电路.173.3.5ZigBee无线通信模块总体设计电路图.173.4CDMA无线通信模块硬件电路设计.183.4.1CDMA无线通信模块EMEM200模块与RUIM卡的接口电路.183.5串口测试电路设计.193.5.1串口电路设计.193.5.2测试复位电路设计.193.6电源电路设计.203.7网关硬件电路图.203.8小结.214基于CDMA的无线传感器网络网关节点程序设计.224.1网关节点嵌入式程序设计概述.224.1.1功能需求.224.1.2开发平台.224.2网关节点ZigBee程序设计.224.2.1程序设计思想.224.2.2数据采集.234.2.3FDMA.244.2.4点对点通信.254.3网关节点ARM处理器程序设计.264.3.1程序设计思想.264.3.2ARM两个串口间的数据传输.274.3.3ZigBee/TCP协议转换.284.3.4TCP发送数据.294.4小结.305测试.315.1基于CDMA的无线传感器网络网关节点实物照片.315.2网关节点ZigBee无线通信测试.315.2.1测试目标.315.2.2测试过程.325.3CDMA无线通信测试.335.3.1测试目标.335.3.2测试过程.335.4网关节点的整体测试.365.4.1测试目标.365.4.2测试过程.365.5小结.37结论.38致谢.39参考文献.401引言1.1课题研究背景及意义从21世纪开始，无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）成为多学科交叉前言研究热点1，引起了世界各国的极大关注。WSN融合了传感器、嵌入式计算、交换网络、移动通信和分布式信息处理等技术，它由具有传感器模块、数据处理模块、交换路由模块和无线通信模块等大量传感器节点，通过交换传输组成多跳的自组织、自学习无线通信网络系统，把感知对象的信息发送给控制者2。WSN已成为一种全新的信息获取、处理、传输和控制系统，并在军事、工业、商业、医疗3,4、灾害预防5等领域有着广阔的应用前景。ZigBee在IEEE802.15.4的基础上对网络层协议和应用编程接口（API）进行了标准化，成为应用于无线监测与控制的全球无线通信标准。因此，ZigBee技术无疑是无线传感器网络组网的首选技术之一6。然而，实际应用的WSN并不能以一个独立的通信网络形式存在，基于ZigBee的无线传感器网络技术的推广应用，需要将网络中检测的数据发送到Internet服务器端进行分析、处理，因此设计出高效、稳定的网关节点是整个无线传感器网络设计的重要一环，它担当着连接两个不同类型的网络数据汇集、存储处理和转发的重要角色。本课题主要研究基于ZigBee和CDMA技术的无线传感器网络网关节点数据传输技术，并设计开发相应的硬件平台和嵌入式程序。该网关节点可将ZigBee网络中所采集的数据传输到远程数据服务器中，系统结构简单、组网方便、传输距离远、使用成本低等特点，具有一定的工程应用价值，可以用于工业监控网络远距离数据传输。1.2国内外研究与发展现状无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其应用是通过传感器节点采集感知区域内的数据，进行简单的处理后发送到网关节点，网关节点读取数据（如传感器节点部署区域内的温度、流量等），接着通过网络基础设施进行远距离传输。目前常用的无线传感器网络网关主要有：基于有线通信方式的以太网7无线传感器网络网关、基于无线通信方式的GPRS、CDMA8和WLAN等无线传感器网络网关。（1）基于有线通信方式的以太网无线传感器网络网关基于有线通信方式的以太网无线传感器网络网关是将无线传感器以有线的形式连接到局域网路由器，美国的Crossbow公司曾推出具有以太网功能的网关节点产品并得到应用。其主要优点是系统简单、可靠、上行数据率最高可达56kbit/s-100Mbit/s。无线传感器网络与现有的网络相比，无线传感器网络是一种以数据为中心的网络，网关节点的上行数据量大而下行数据量小，因而，在考虑网关与外部网络的连接方式时，上行数据率是一个关键的指标。以太网无线传感器网络网关主要的缺陷是覆盖范围小，不够灵活，一般就是室内路由所覆盖的范围。（2）基于无线通信方式的WLAN无线传感器网络网关基于无线通信方式的WLAN无线传感器网络网关整合了无线传感器和无线网卡等电子设备，通过局域网传输数据，最终能够在控制终端上显示出传感器节点采集的信息。它是在有线以太网上的一个改革，其主要的优点是不用安装，利用无线网卡模块实现了网关设备与无线局域网的连接，克服了网关硬件设备布置的局限性，扩大了网关设备和无线传感器网络的应用范围。2009年南京邮电学院计算机学院已经研制出了面向WLAN的无线传感器网络网关设备9，但它也存在不足，就是无线网卡的信号接收距离受限。（3）基于无线通信方式的GPRS/CDMA无线传感器网络网关国内一些大学和科研机构提出了基于无线通信方式的GPRS/CDMA无线传感器网络网关解决方案，其主要依托GPRS/CDMA网络覆盖，将传感器采集的数据以较高的上行数据率传送至服务器，经过数据存储至数据库。1.3课题研究的主要内容由于无线传感器网络系统的复杂性，在确定“M2M”（机器到机器）网关节点的总体设计方案的基础上，分析了ZigBee通信技术和CDMA通信技术的原理，然后采用无线通信技术、嵌入式技术设计出基于CDMA的无线传感器网络网关节点的硬件和软件，并进行测试与实验运行。归纳起来，主要的研究工作如下：（1）无线通信技术的研究；（2）网关节点的总体设计方案；（3）基于CDMA的无线传感器网络网关节点硬件设计；（4）编写了节点数据远程传输的嵌入式程序；（5）网关节点的调试与实验。1.4课题研究创新点本课题研究创新点如下：（1）设计了基于ZigBee、ARM和CDMA2000-1X的网关节点硬件；（2）实现了传感数据传输从ZigBee协议到TCP协议间的格式转换。2网关无线通信方案2.1无线传感器网络无线传感器网络由监控中心、数据传输网络和传感器节点组成，如图2-1所示。数据传输网络由传感网络和公众网络组成，是传感器节点与监控中心之间的数据传输媒介10。监控中心服务器以固定IP接入Internet；传感器节点上电后，首先通过短距离通信将数据传输给网关节点，然后通过公众无线通信网络接入Internet网络，主动与控制中心服务器建立连接。图2-1无线传感网络传感器节点与监控中心的通信方式是影响整个无线传感器网络监控系统功能的重要因素，而且要实现实时监控频繁的数据流传输，综合考虑传输速度、网络覆盖和资费等各种因素，因此网关节点的设计对整个网络监控系统起着决定性的作用。2.2传感网无线通信方案2.2.1网关节点常用传感网无线通信方案传感网无线通信技术是当前最迅速、最具活力的技术领域之一，在这个领域中，各种技术、新方法层出不穷。（1）IrDA方案方案：在传感器节点的硬件部分安装IrDA串口11器件，利用RPM851作为红外收发头，TIR000为IrDA调制解调模块，单片机和一片EPLD实现红外HUB，并编写相关软件实现节点之间的数据传输12。技术介绍：IrDA是InfraredDataAssociation的英文缩写，即红外线数据标准协会。简单地讲，IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，其相应的软件和硬件技术都已比较成熟。IrDA在技术上的主要优点有：无需专门申请特定频率的使用执照，这一点，在当前频率资源匾乏，频道使用费用增加的背景下是非常重要的；具有移动通信设备所必需的体积小、功率低的特点；传输速率在适合于家庭和办公室使用的微网中是最高的，由于采用点到点的连接，数据传输所受到的干扰较少，速率可达16Mbps。IrDA的局限性：首先，IrDA是一种视距传输技术，也就是说两个具有IrDA端口的传感器节点设备之间如果传输数据，中间就不能有阻挡物，这在两个节点设备之间是容易实现的，但在多个传感器节点设备间就必须彼此调整位置和角度等；其次，IrDA设备中的核心部件红外线LED不是一种十分耐用的器件，对于不经常使用的扫描仪、数码相机等设备虽然游刃有余，但如果经常用装配IrDA端口的手机上网，可能很快就不堪重负了。（2）蓝牙方案方案：在传感器的节点上安装蓝牙模块，编写数据传输程序，实现节点之间的无线通信。技术介绍：蓝牙技术是实现话音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离、支持点到点和点到多点通信的无线通信技术，蓝牙最早是作为电缆的替代的一种低功耗短距离无线接口，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装置之间的无缝连接，进而形成一个个局域网，使得其范围内的各种信息化的移动和便携设备都能实现资源共享13。蓝牙在技术上的主要优点有：Bluetooth无线技术规格供全球的成员公司免费使用；它是一项即时技术，不需要固定的基础设施，且易于安装和设置。蓝牙的局限性：未来的传感网络中设备节点的数量将会越来越多，蓝牙有限的网络容量将会大大限制其在低速控制网络中的应用。目前己经有基于蓝牙的智能家居系统，但是因为系统造价高，所以无法推广开来。（3）UWB方案方案：将UWB芯片安装在传感器节点上，并编写相关软件，实现数据的传输。技术介绍：超宽带（UltraWideBaud，UWB）技术是在20世纪90年代发展起来的一种具有巨大发展潜力的新型无线通信技术，被列为未来通信的十大技术之一。UWB是一种“特立独行”的使用1GHz以上带宽的先进无线通信技术，UWB信号的特点是高频带、低功率谱密度14。UWB的优势是：抗干扰性强，与IEEE802.11a、IEEE802.11b，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性；传输速率高，UWB的数据速率可以达到几十兆比特每秒到几百兆比特每秒。利用UWB低成本、低功耗的特点，运用于无线传感网，可以避免频繁地更换电池。UWB的缺陷是：UWB技术标准化还没有完成，一些技术问题需要不断完善，目前UWB技术还不够成熟。2.2.2ZigBee技术及应用综合前面三种设计方案的优点，本次设计中网关连接的传感网采用ZigBee通信技术来传输数据。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网（PAN）或802.llx无线局域网更简单实用。ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4（无线个人区域网）协议标准，但在此基础上进行了完善的扩展。其网络层、应用汇聚层和高层应用规范（API）由ZigBee联盟进行了制定，整个协议架构如下图2-2所示。应用软件应用层规范API网络层数据链路层DLL介质存取层MAC物理层PHY用户代码ZigBee栈IEEE802.15.4图2-2ZigBee协议栈架构ZigBee是以一个个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、片状或网状网络，因此，每个节点的功能并非都相同。为降低成本，系统中大部分的节点为子节点，从组网通信上，它只是其功能的一个子集，称为精简功能设备，而另外还有一些节点，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，并能与外网相连接，称之为网关节点，如图2-3所示。子节点网关节点外部网络图2-3简单的单跳结构ZigBee网络ZigBee的特点突出，由于在低功耗、低成本15，主要有以下几个方面：（1）低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6-24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、Wi-Fi可工作数小时。（2）低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。（3）低速率。ZigBee工作在20-250kbps的较低速率，分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用要求。（4）近距离。传输范围一般介于10-100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1-3Km。这里指的是相邻节点间的距离，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。（5）短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只须15ms，节点连接进入网络只须30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3-10s、Wi-Fi需要3s。（6）高容量。ZigBee可采用星状、片状、网状结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。（7）高安全。ZigBee提供三级安全模式，包括无安全设定、使用将接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据16。根据设想，它的应用目标主要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络），医护（如监视和传感），家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警），消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。2.3公众网通信方案2.3.1网关节点常用公众网通信方案（1）GPRS通信方案GPRS方案：GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，它其实是叠加在现有的GSM网络的另一个网络，GPRS网络在原有的网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）两种数据交换节点设备。对于GSM网络原有的BTS、BSC等通信设备，只需软件更新或增加一些连接接口17。因为GGSN和SGSN数据交换节点具有处理分组的功能，所以使得GPRS网络能够和Internet网络互相连接。GPRS技术的优势：GPRS建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立连接），可以随时与网络保持联系；GPRS网络根据上网传输的数据量收费，因此只要不进行数据传输，哪怕一直“在线”，也无需付费。GPRS技术的缺陷：GPRS本身技术具有局限性，使GPRS信道能传输的速率并不高；GPRS适合于覆盖率要求很高、包容量小、实时性要求不高的无线数据业务，即使都满足上述条件，由于GPRS用户的快速增长，在市中心热点地区或者某些需求GPRS方式上网的场所，需要尽可能多的提供GPRS信道才能保证无线数据业务的正常使用。（2）Wi-Fi通信方案Wi-Fi方案：Wi-Fi的正式名称为：“IEEE802.11b”，中文译为“无线相容认证”18。一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP（AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”或“桥接器”），如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，Wi-Fi更显优势，有线宽带网络（ADSL、小区LAN等）到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至如果用户的邻里得到授权后，无需增加端口，也能以共享的方式上网。Wi-Fi技术的优势：传输速度快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求；方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本低；无需布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要；Wi-Fi的实际发射功率约为60-70毫瓦，对人体是绝对安全的。Wi-Fi技术的缺陷：采用Wi-Fi技术传输时，无线通信质量不稳定，传输距离短，数据安全性能也较差。2.3.2CDMA2000-1X通信方案本次设计采用了CDMA2000-1X技术，对比上面两种接入Internet的公众网通信技术，CDMA技术在通信质量好、低辐射、健康环保等方面具有显著优势。（1）CDMA2000-1X网络结构CDMA2000是美国向ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是一种带宽CDMA技术。CDMA2000-1X原意是CDMA2000第一个阶段，可支持308kbit/s的数据传输，网络部分引用分组交换，支持移动IP业务，空中无线接口、核心网信令协议的标准严格完整，与Internet实现互通。CDMA2000-1X网络为传感器网络接入Internet提供了通信解决方法。CDMA2000-1X网络主要有BTS、BSC和PCF、PSDN等节点组成。基于ANSI-41的CDMA2000-1X核心网络系统结构如下图2-4所示。图2-4CDMA2000-1X核心网络系统结构PDSN：分组数据服务器PFC：分组控制功能BSC：基站控制器BTS：基站收发信系统BSCC：基站控制器连接SDU：业务数据单元UmAbisA8A9A10A3A7A2A1ANSI-41IS-95-A/BBTSBSCBSSCSDUHLR/ACBSCBSCCSDUSSDUSDUSDUMSC/VLRCDMA2000-1XBTSPCFPDSNA11InternetPSTNISDNMSC/VLR：移动交换中心/访问寄存器HLR/AC：归属位置寄存器/鉴权中心由图可见，与IS-95相比，核心网中的PCF和PDSN是两个新增模块，通过支持移动IP协议的A10、A11接口互联，可以支持分组数据业务传输；以MSC/VLR为核心的网络部分，支持话音和增强的电路交换型数据业务，与IS-95一样，MSC/VLR与HLR/AC之间的接口基于ANSI-41协议10。如图2-4所示，BTS在小区建立无线覆盖区用于移动台通信，移动台是IS-95或带有CDMA2000-1X模块的器件；BSC可对各个BTS进行控制；Abis接口用于BTS和BBS之间连接；A1接口用于传输MSC和BBS之间的信令信息；A2接口用于传输MSB与BBC之间的话音信息；A3接口用于传输BSC与SDU之间的用户话务（包括语音和数据）和信令；A7接口用于传输BSC之间的信令，支持BSC之间的软切换。以上节点和接口与IS-95系统需求相同。CDMA2000-1X新增接口为：A8接口：传输BS和PCF之间的用户业务；A9接口：传输BS和PCF之间的信令信息；A10接口：传输PCF和PDSN之间的用户业务；A11接口：传输PCF和PDSN之间的信令信息；A10/A11接口是无线接入网和分组核心网之间的开放接口，即R-P接口。CDMA2000-1X新增节点：PCF用于转发无线子系统和PDSN分组控制单元之间的消息；PDSN节点负责为每一个用户终端建立和终止PPP连接，以向用户提供分组数据业务。PDSN是CDMA2000-1X接入Internet的接口模块。（2）CDMA2000-1X分组交换网CDMA2000系统的分组数据网是建立在IP技术基础上的。与GSM系统中的通用分组无线业务（GPRS）不同，CDMA2000-1X系统并不试图建立一套完整的自己独有的分组数据系统结构，而是利用IP技术构造自己的分组数据网络。CDMA2000系统提供数据业务时的协议结构如图2-5所示。IPPPPLACMACAirlink移动站（MobileStation）LACR-PMACAirlinkPL无线网络（RN）IPPPPLinkR-PLayerPLPL分组数据服务节点（PDSN）IPLinkLayerPLEndHost图2-5CDMA2000系统提供数据业务的协议结构图2-5中RN（无线网络）包括基站控制器（BSC）、基站收发信系统（BTS）和分组控制功能（PCF）；PDSN（分组数据服务节点）从互联网角度看，它是一个路由器，并根据移动网的特性进行了增强；EndHost（主机）是互联网上的一个服务器。MobileStation（移动台）和RN间的接口，即空中接口由无线链路、媒质接入控制（MAC）、链路接入控制（LAC）、点到点（PPP）和IP层组成。其中无线链路完成无线信道的编码和调制等过程，与MAC、LAC共同构成无线信道。在无线信道上是PPP，这一层协议开始，上面部分完全是IP协议集，包括IP、传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）以及万维网（WWW）等协议。RN和PDSN间的接口，即R-P接口，在CDMA2000-1X系统中被看作A接口的一部分（A10和A11）。这部分实际上已经是地面固定部分，由于承载PPP协议，可以使用IPoverATM或IPoverSDH作为R-P接口的传输层。PDSN是CDMA2000系统完成分组数据业务的支撑节点，也是CDMA无线分组数据网络接入公共分组数据网络（Internet）的接入设备。移动节点通过与PDSN建立PPP连接，对自己的身份进行认证，获得IP地址。PDSN可以完成基于简单IP的公网接入业务、基于简单IP的专网接入业务、基于移动IP的公网接入业务、基于移动IP的专网接入业务。根据IETF的建议，PPP通常用于低速的点对点链路，PPP协议终止于PDSN中。IP层协议连接终端主机和PDSN。（3）CDMA2000-1X技术CDMA是移动通信技术的发展方向，第三代移动通信（3G）的三大标准全部采用了CDMA技术，CDMA2000-1X是向3G过渡的2.5G技术，它与GPRS技术在技术上已经明显不同，在传输速率上1X高于GPRS，新业务承载上比GPRS成熟，可提供更多的中高速的新业务，从2.5G向3G体制过渡上，1X向CDMA2000-3X过渡比GPRS向WCDMA过渡更平滑。目前在CDMA2000-1X网络上的业务、用户都为今后中国3G业务的开展奠定了基础。2.4基于CDMA的无线传感器网络网关节点的组成及工作原理根据“ZigBee”+“CDMA”的无线传感器网络网关节点设计方案，结构图如图2-6，网关的上行传输数据工作原理如下：ARM微处理器ZigBee无线通信模块CDMA模块电源电路调试串口图2-6网关节点结构图（1）网关上的ZigBee无线通信模块接收从感应区传感器节点采集来的各个参数；（2）ZigBee无线通信模块与ARM微处理器的串口相连，各参数数据通过串口传输给ARM微处理器模块；（3）ARM微处理器通过编写AT命令控制CDMA模块的发送情况，将CDMA模块内数据发送到CDMA无线网络，经CDMA核心网分组域中分组数据服务节点PDSN传送到Internet；（4）在Internet上根据IP地址寻找数据服务中心（通信服务器）；（5）通信服务器将数据传给监控中心，并存储到数据库。2.5小结无线传感器网络中，传感器节点与监控中心的通信方式是影响整个无线传感器网络功能的重要因素，只有选择好合适的通信方式后才能对网关节点进行下一步软硬件设计。本章重点介绍了无线传感器网络网关连接的传感网络和公众网络通信方式的选择。首先，对网关节点常用的几种传感网无线通信技术和公众网通信技术进行了深入地分析和研究，重点介绍了ZigBee和CDMA通信技术，因为综合考虑到传输速度、网络覆盖和资费等各种因素，最后选择了“ZigBee”+“CDMA”的无线通信方式。并在“ZigBee”+“CDMA”的无线通信方式下，分析了无线传感器网络网关节点数据传输的工作原理。3基于CDMA的无线传感器网络网关节点硬件设计3.1网关节点硬件总体设计由网关节点结构图2-6可以知道，网关连接ZigBee和CDMA无线通信网络，在网关节点硬件设计上，选用以ARM7TDMI-STM核的32/16位支持实时仿真和嵌入式跟踪的LPC2132嵌入式微处理器为硬件系统核心，集成ZigBee无线通信模块、CDMA无线通信模块、电源电路等外围硬件设备。这样的搭配不仅提高了终端处理能力，而且获得了丰富的硬件资源，使网关节点硬件具有低成本、体积小、高可靠性等优点19。网关节点硬件总体框架如图3-1。9V稳压电源4.2V电源3.3V电源电源模块通信系统时钟ZigBee射频高频全向天线ZigBee无线通信模块ARM微处理器LPC2132设备接口逻辑控制系统时钟核心控制模块EM200CDMA1X设备接口逻辑RUIM插卡槽天线CDMA模块存储电路图3-1网关节点硬件总体框图3.2核心控制模块电路设计3.2.1ARM微处理器LPC2132嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器，采用32位嵌入式ARM处理器相对于8位单片机作为中央处理器而言，功能显著提高。本网关节点设计选用ARM7TDM-STM核的32/16位用于控制的嵌入式处理器LPC2132，LPC2132的内部结构如图3-2。图3-2LPC2132内部结构图该芯片特别适用于访问控制和POS机等小型应用中，它也非常适合用于通信网关、协议转换器、软件modem、语音识别等20。LPC2132处理器的主要特性如下：（1）16/32位ARM7TDMI-S核，超小LQFP64封装。（2）16kB的片内静态RAM和64kB的片内Flash程序存储器。128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz工作频率。（3）通过片内boot装载程序实现在系统编程/在应用编程（ISP/IAP）。单个Flash扇区或整片擦除时间为400ms，256字节行编程时间为1ms。（4）EmbeddedICERT和嵌入式跟踪接口通过片内RealMonitor软件对代码进行实时调试和高速跟踪。（5）2个32位定时器/外部事件计数器（带4路捕获和4路比较通道）、PWM单元（6路输出）和