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基于CC2530無線傳感網絡系統的設計

作者: 時間:2013-04-24 來源:網絡 收藏


2 軟件與實現
2.1 協調器節點程序
在網絡中,每個節點都有一個64位的物理長地址和一個16位的短地址,短地址用于本網絡的設備通信,而長地址則可以與本網絡之外的其他網絡進行通信。數據傳送采用主從節點方式,與計算機相連作為主節點(協調器),其他節點作為從節點(終端節點),從節點可以向主節點發送中斷請求。
協調器端程序流程如圖4所示,協調器上電后,首先進行設備初始化,包括硬件電路初始化,寄存器初始化,協議棧初始化,操作系統初始化。然后進入到執行操作系統,進入無限循環的任務執行程序中。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/159405.htm

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終端程序的大體流程,終端的初始化過程和協調器類似。首先判斷節點是否加入一個網絡,如果是,則可以發送所采集的信息。如果沒有加入網絡,則判斷是否作為老節點加入網絡,如果作為老節點加入網絡,則終端節點通過保留以前加入網絡的地址來加入網絡。如果作為新的節點加入網絡,則需要掃描網絡,然后加入其中最優秀的一個網絡。
2.2 組網
組網的過程主要如下:
(1)協調器首先上電,完成網絡的初始化,選擇一個合適的信道,并且為自己的網絡選擇一個PAN_ID(網絡標識符),然后周期的向周圍發送beacon request的數據包。
(2)再將終端節點上電,終端節點會首先向周圍的環境做一個信道能量掃描選擇一個能量比較合適的信道進行網絡搜尋。
(3)當協調器接收到終端節點的beacon request數據包之后會發送一個包含自己IEEE MAC地址的超幀。
(4)終端節點接收到超幀之后,將協調器的MAC地址保存,并利用這個地址向協調器發送一個Association Request的數據包,此包目的是尋求加入網絡。
(5)當協調器接收到Data Request之后,首先經過NWK層的算法為其分配一個惟一的網絡短地址,然后向終端節點發送一個包含其網絡短地址的包,這個包是通過MAC地址發送的。
(6)當終端節點接收到這個包之后,配置自己的短地址為0xXXXX,此時可用這個短地址和協調器進行應用層的通信,至此終端節點已經成功加入到網絡。
2.3 數據傳輸
本研究采用了直接尋址(通用單播),用于設備間的通信。設備直接尋址必須知道接收方的短地址或者長地址。
當節點接收到一個單播的消息,其APS層就會激活APSDE_DATA_indication原語處理消息。如果接收到的是一個確認幀,則APS層應該發送APSDE_DATA。
Indication原語來接收命令,然后將溫度信息通過APSDE-DATA.request原語發送回協調器,協調器同樣通過APSDE-DATA.indication原語來接收信息。如圖5所示。

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3 系統測試
對網絡的測試,主要集中于兩個方面:功能測試,如組網,點對點的通信,系統整體測試等;靜態測試,如節點的性能指標,程序的實現和數據收發的正確率等。
3.1 功能測試
首先將協調器程序燒入一個節點作為協調器;將節點程序燒入幾個節點作為器終端。經系統測試,所有終端都能加入網絡,并能進行正常的數據收發,功能測試顯示系統完好。
3.2 節點測試
3.2.1 無障礙傳輸距離測試
測試在室外空曠的環境下進行,打開協調器,建立網絡后,再打開一個終端節點設備,此設備作為溫度和電壓信息的參考節點。最后打開另一個終端節點,對該節點加以移動,分別選取5個測試距離,測試移動中該節點數據接收效果,數據由計算機保存記錄,測試完畢統計分析數據。結果見表1。

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3.2.2 有障礙傳輸距離測試
測試在室內隔墻的環境下進行測試,步驟與無障礙傳輸距離測試方法一樣。打開協調器,建立網絡后,在協調器一旁打開一個終端節點設備,此設備作為溫度和電壓信息的參考節點。最后打開另一個終端節點,對該節點加以移動,分別選取5個測試距離,測試移動中該節點數據接收效果,數據由上位機軟件保存記錄,測試完畢統計分析數據,如表1所示。
在進行無障礙傳輸距離測試和障礙傳輸距離測試,在有墻相隔的時候信號不強,這與天線有關,本文終端設備的天線為PCB天線,如果使用帶桿狀天氣的射頻模塊,接收效果就能夠更好。

4 結論
隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小,器網絡開始投入使用,如環境的監測和保護、醫療護理、目標跟蹤,本文所采用的無線傳感方案不失為一種較為高效、節能、抗干擾能力強的廉價組網方案。提高該無線網絡的傳輸距離、增強網絡的自愈能力,提高ZigBee和Wi—Fi及其他2.4 GHz系統的共存時的互不干擾能力,將該方案推向工業現場是今后研究的重點。

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