CC2531的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點軟件設計

摘要：提出一種基于射頻芯片CC2531的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的軟件設計方案，基于任務調度機制，采用功能模塊化設計。簡要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)結構和節(jié)點的硬件電路，重點對系統(tǒng)軟件主流程以及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和能源管理4個功能模塊的軟件設計作了詳細介紹。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；ZigBee；CC2531；軟件設計

引言
無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network，WSN)是由一組傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成。它們通過多跳自組織的方式構成無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，傳感器節(jié)點實時采集分布區(qū)域內監(jiān)測對象的各種信息，以無線通信方式發(fā)送至上位機。節(jié)點硬件提供了實現(xiàn)相關功能的平臺，而真正實現(xiàn)這些功能的應用需要借助軟件來完成。因此，軟件設計對整個節(jié)點的功能控制和資源的分配利用有較大的影響。

1 無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結構
整個傳感器網(wǎng)絡是由若干個采集節(jié)點、1個匯聚節(jié)點、1個數(shù)據(jù)中轉器以及1個便于用戶查看和控制的上位機組成。系統(tǒng)的結構如圖1所示。采集節(jié)點用于對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的預處理，擔當數(shù)據(jù)的路由；匯聚節(jié)點負責整個網(wǎng)絡的開啟和維護，向采集節(jié)點發(fā)送命令，搜
集節(jié)點的數(shù)據(jù)，以及完成與數(shù)據(jù)中轉器之間的串口通信；數(shù)據(jù)中轉器承擔數(shù)據(jù)的中轉，負責轉發(fā)上位機的命令；上位機是數(shù)據(jù)搜集的終端設備，并且可以根據(jù)用戶的需要對節(jié)點的采集時間間隔、休眠時間間隔、傳感器的開關進行相應設置。



2 節(jié)點硬件設計
為方便數(shù)據(jù)的搜集，匯聚節(jié)點和采集節(jié)點硬件電路設計相同，只是軟件設計有所不同。任意節(jié)點都可作為匯聚節(jié)點與數(shù)據(jù)中轉器通過串口進行通信，來搜集網(wǎng)絡中其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。節(jié)點的硬件結構如圖2所示。


核心芯片選用TI公司推出的ZigBee芯片CC2531。它以8051微處理器為內核，自身攜帶的射頻收發(fā)器用來實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的通信。選用5 路I／O口來控制傳感器的打開和關閉。傳感器組將相應的環(huán)境數(shù)據(jù)變成電壓、電流等信號送給信號調理電路，經(jīng)相關調理后送到CC2531的A／D轉換器接口進行A／D采樣，最后將得到的采樣數(shù)據(jù)存入一個外接的256 Kb的存儲器中。當節(jié)點作為網(wǎng)絡中的匯聚節(jié)點時，CC25 31的兩路I／0口被設置成UARTO串口Tx和Rx，用于與數(shù)據(jù)中轉器進行串口通信。為保證節(jié)點長期穩(wěn)定地工作，選用3 Ah的鉛酸充電電池，兩組鉛酸電池采用雙電源供電模式。軟件通過控制兩組鉛酸電池的切換實現(xiàn)對節(jié)點的輪流供電，并在電池電壓不足時控制太陽能電池板對其進行充電，保持“一充一供”的狀態(tài)。