一種基于ZigBee協(xié)議的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

摘要：動態(tài)數(shù)據(jù)采集有著采集范圍大、采集點(diǎn)眾多、數(shù)據(jù)通信困難、布線空間有限、自動作業(yè)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡(luò)的采集系統(tǒng)很難滿足這種應(yīng)用要求。在此動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分借鑒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思想，探討一種基于ZigBee協(xié)議無線傳榆的設(shè)計(jì)方案，具有低功耗、靈活性強(qiáng)、可擴(kuò)展好、體積小、成本低等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)瓶頸，并具有新的優(yōu)異特性。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)數(shù)據(jù)采集；TinyOS

O 引言
數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段，作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，數(shù)據(jù)采集技術(shù)是包括了傳感器技術(shù)、信號處理、數(shù)據(jù)通信、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往很難實(shí)現(xiàn)對動態(tài)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。對動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，有著采集范圍大、采集點(diǎn)眾多、布線空間有限、體積小、自動作業(yè)等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的以總線方式組成網(wǎng)絡(luò)的采集系統(tǒng)很難滿足這種應(yīng)用要求。
在此探討的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由動態(tài)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)組成，以自組織方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)借鑒無線傳感器的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思想，采用MSP430系列微處理器芯片和FLASH芯片分別作為處理和存儲單元；采用USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T232BM完成MSP430的BSL下載電路和MSP430與PC的串行通信接口；采用CC2420模塊完成了支持802.15.4／ZigBee協(xié)議的無線通信模塊設(shè)計(jì)。開發(fā)出的硬件平臺既可以作為終端采集節(jié)點(diǎn)，又可以作為通信網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，移植無線傳感器專門的嵌入式操作系統(tǒng)TinyOS到MSP430微處理器，使用nesC語言編寫應(yīng)用程序。系統(tǒng)以溫度作為采集變量，建立了一個(gè)具有采集溫度數(shù)據(jù)、預(yù)處理、打包無線傳輸功能的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。并利用終端節(jié)點(diǎn)的PC接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的功能，完成網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
1．1 節(jié)點(diǎn)的一般結(jié)構(gòu)
一個(gè)典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括了傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線通信單元和電源管理單元，以及用戶接口等一些擴(kuò)展設(shè)計(jì)單元，如圖1所示。


1．2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要有3點(diǎn)要求。第一，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集對象往往是目標(biāo)的溫度、濕度、速度等參數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)需要在無人環(huán)境下長期正常工作，因此低功耗設(shè)計(jì)是動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首要要素；第二，動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理數(shù)率較低、數(shù)據(jù)傳輸量少、主要采用無線傳輸?shù)男问剑虼诉x擇無須許可的、合適、低價(jià)的通信方式是保證動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。第三，本系統(tǒng)采集的對象主要是針對飛禽走獸等野生動物，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的方便，采集節(jié)點(diǎn)還必須要滿足體積小、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。