無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設計

摘要：介紹了無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的工作原理和重要作用，提出了一種以32位ARM處理器LPC2148為核心的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設計方案，詳細介紹了教據(jù)中轉(zhuǎn)器的軟件設計、通信協(xié)議設計以及GPRS通信方式。該設計方案實時性強，穩(wěn)定可靠。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器；GPRS通信；ARM LPC2148

0 引言
無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取平臺，它可借助于多樣傳感器來實時監(jiān)測和收集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)各種目標對象的狀態(tài)信息，因而具有廣闊的應用前景。本文所討論的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器就是為實現(xiàn)遠程上位機對目標區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)控而設汁的，它在整個系統(tǒng)中可實現(xiàn)無線傳感器采集數(shù)據(jù)的上傳和遠程上位機控制命令的下達，對整個無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定應用起著承上啟下的作用。

1 無線傳感器網(wǎng)絡的組成及工作原理
無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結構方案如圖1所示。該系統(tǒng)由無線傳感器網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，GPRS無線傳輸和上位機服務器等4部分組成。無線傳感器網(wǎng)絡(一個網(wǎng)絡一般可包含128個采集節(jié)點)負責采集監(jiān)測環(huán)境的有關數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測環(huán)境參數(shù)(空氣濕度，降雨量和土壤溫度等)和無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)(采集節(jié)點路由表、采集節(jié)點鄰居表以及采集節(jié)點狀態(tài)表)，并通過ZigBee網(wǎng)絡(監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的短距離通信)發(fā)送給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器保存。當存儲的數(shù)據(jù)達到規(guī)定的數(shù)量以后，便可通過GPRS網(wǎng)絡(監(jiān)測區(qū)域與服務器問的遠距離通信網(wǎng)絡)傳輸給上位機服務器，這樣可以減少數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器與上位機的通信次數(shù)，降低系統(tǒng)的功耗。七位機服務器則可通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送控制命令給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，進而轉(zhuǎn)發(fā)給無線傳感器，用以控制傳感器采集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)采集間隔、數(shù)據(jù)上傳間隔、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)上傳類型等，以使無線傳感器能按照用戶所希望的方式來工作。

2 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的組成及工作原理
本文所討論的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的硬件結構如圖2所示。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器以ARM處理器為核心構建而成，由雙鋰電池供電，通過匯聚節(jié)點和GPRS模塊分別與無線傳感器網(wǎng)絡和上位機通信。ARM處理器選用32位嵌入式處理器LPC2148，該處理器內(nèi)置寬范圍的串行通信接口，并擁有40 KB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512 KB的片內(nèi)Flash程序存儲器，能完全滿足系統(tǒng)的應用要求。GPRS模塊選用SIM公司的SIM300C，其內(nèi)部整合了TPC／IP協(xié)議，下載／上傳速度分別可達85．5／42．8 kB／s。匯聚節(jié)點主要由基于ZigBee協(xié)議的射頻芯片CC2531來組成。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器在整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可起到一個承上啟下的作用，它可通過匯聚節(jié)點存儲和轉(zhuǎn)發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡上傳的采集數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡信息，并通過GPRS模塊接收和轉(zhuǎn)發(fā)上位機下達的控制命令。ARM處理器LPC2148通過串口uart0與匯聚節(jié)點進行通信，而通過串口uart1與GPRS模塊通信，同時通過串口SPI0將需要存儲的大量采集數(shù)據(jù)存入內(nèi)存容量為2 GB的SD卡中。

3 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的設計
數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器的應用程序開發(fā)可采用ARM Developer Suite V1．2開發(fā)環(huán)境。在該開發(fā)環(huán)境中，可完成程序的編輯與調(diào)試。編程語言以C語言為主，并可嵌入ARM匯編語言，系統(tǒng)平臺采用μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)，以保障開發(fā)程序能夠可靠穩(wěn)定的運行。