無線傳感囂網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)
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為了實(shí)現(xiàn)上述功能，采用Philips公司的LPC2000系列32位ARM處理器LPC2106。LPC2106支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI -SCPU，標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試接口，并帶有128 KB嵌入的高速Flash存儲器；小型的LQFP封裝(7 mm×7 mm)、2種低功耗模式(空閑模式和掉電模式)以及外設(shè)功能的單獨(dú)使能和禁止，非常適合于小型化、低功耗作為主要要求的應(yīng)用；雙UART，其中一個具備完全的調(diào)制解調(diào)器接口，完全滿足本設(shè)計(jì)要求；帶有寬范圍的串行通信接口(片內(nèi)多達(dá)64 KB的SRAM)，由于具有大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理器能力，非常適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、聲音識別以及低端的圖像處理。
3．2 GPRS無線通信模塊
首先，WSN是一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的上行數(shù)據(jù)量大而下行數(shù)據(jù)量小，因而在考慮網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與外部網(wǎng)絡(luò)的連接方式時(shí)，上行數(shù)據(jù)率是一個關(guān)鍵指標(biāo)；其次，應(yīng)用環(huán)境制約數(shù)據(jù)上行方式；另外，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的成本及集成難度也是一個關(guān)鍵因素。綜合以上三點(diǎn)，選用Simcom公司生產(chǎn)的CPRS無線通信模塊SIM300C。該模塊具有如下特點(diǎn)：
①支持兩種操作模式(一種是電路交換數(shù)據(jù)模式CSD，支持語音、數(shù)據(jù)、SMS和FAX業(yè)務(wù)；另一種是分組交換模式GPRS，采用多時(shí)隙，支CSI-CS4編碼)；
②標(biāo)準(zhǔn)的AT命令，為GSM語音、短消息以及GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口；
③內(nèi)置TCP／IP協(xié)議，用戶不必自己編寫或者利用操作系統(tǒng)加入?yún)f(xié)議，降低了系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期；
④數(shù)據(jù)下行、上行傳輸速率分別高達(dá)85．6 kbps和42．8 kbps，標(biāo)準(zhǔn)RS232串行口，通過串行口使用AI、命令完成對模塊的操作；
⑤支持最少功能和休眠兩種省電模式。
需要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)按照WSN的協(xié)議規(guī)范對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，然后通過無線方式經(jīng)過一跳或多跳將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。傳感數(shù)據(jù)在通過無線傳輸進(jìn)入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)后，微處理器利用WSN的協(xié)議棧拆包，得到原始數(shù)據(jù)之后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可應(yīng)用其操作系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件根據(jù)具體需求對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(如進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合，去除冗余，減輕網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)對外傳送的負(fù)擔(dān))。處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)由TCP／IP模塊打包后通過串口與SIM300C相連，如圖3所示。最后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的 GPRS模塊將數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)或者SMS方式傳送到上位機(jī)。當(dāng)需要向傳感器節(jié)點(diǎn)傳達(dá)控制命令時(shí)，上位機(jī)以短信的方式經(jīng)GSM傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的GPRS 模塊，完成相應(yīng)任務(wù)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152346.htm
如圖4所示，將手機(jī)卡插入SIM卡座，通過相應(yīng)的AT指令便可以很方便地實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和網(wǎng)關(guān)之間的自由通信，按流量計(jì)費(fèi)，降低系統(tǒng)成本。
常用如下一些AT指令。
①連網(wǎng)指令：AT返回狀態(tài)：OK(連網(wǎng)成功)
②全功能開啟指令：AT+CFUN=1
③關(guān)閉模塊指令：AT+CPOWD=1
④讀取第n條短信：AT+CMGR=n
同時(shí)，DTR外接一個上拉電阻，配合“AT+CSCLK=1”指令，可以輕易地實(shí)現(xiàn)SIM300C的休眠，通過短信即可喚醒。休眠時(shí)GPRS電流消耗僅2．5 mA，滿足整個系統(tǒng)低功耗要求。
3．3 射頻收發(fā)模塊
一個基于IEEE 802．15．4的CC2430無線收發(fā)模塊，主要用來完成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的無線通信。核心部分是一個CC2420射頻收發(fā)器，它完全支持ZigBee組網(wǎng)協(xié)議，具備傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。主要特征如下：
①工作頻帶范圍是2．4～2．483 5 GHz；
②采用IEEE 802．15．4規(guī)范要求的DSSS(直接序列擴(kuò)頻方式)；
③數(shù)據(jù)速率達(dá)250 kbps，碎片速率達(dá)2 Mchip／s，接收靈敏度高(-94 dBm)，鄰道抗干擾能力強(qiáng)(39 dB)，超低電流消耗(RX27 mA，TX25 mA)；
④低電壓供電(2．1～3．6 V)，內(nèi)部集成VCO、LNA、PA及電源穩(wěn)壓器。
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