嵌入式WSNs汽車防盜系統(tǒng)

引言
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks)是通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布的、具有實(shí)時(shí)感知和自組織能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，它具有分布式處理帶來的監(jiān)測精度高、容錯(cuò)性好、覆蓋區(qū)域廣等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)控、消費(fèi)類電子、軍事偵察以及交通管理等很多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，是近期國際上研究的熱點(diǎn)之一。
1.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元是具備信息采集和通信功能的嵌入式節(jié)點(diǎn)，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)也就是節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能需求，按照嵌入式系統(tǒng)體裁衣的思想選擇各個(gè)功能模塊部件，著重考慮節(jié)點(diǎn)的性價(jià)比和可升級性等因素，設(shè)計(jì)嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)。根據(jù)功能需求，將各個(gè)獨(dú)立功能模塊化，節(jié)點(diǎn)的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

本文綜合硬件平臺因素，系統(tǒng)軟件使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) FreeRTOS。由于簇頭節(jié)點(diǎn)需具備 GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能，因而軟件體系中具備 TCP/IP協(xié)議棧也是非常重要的。本文選擇了在著名開源網(wǎng)站 SourceForge上公開發(fā)布的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) FreeRTOS作為系統(tǒng)軟件體系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，選擇己經(jīng)移植到 FreeRTOS上的的 uIP作為系統(tǒng) TCP/IP協(xié)議棧。在節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)中，本文移植了符合 ZigBee規(guī)范的軟件，從而為節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)，路由等應(yīng)用層程序的開發(fā)提供了基礎(chǔ)。如圖 2所示為系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
2 1ARM處理器模塊通信電路設(shè)計(jì)

采用 GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，為便于系統(tǒng)測試，本文采用 AT91SAM7S256提供的一路兩線制串口DBG COM顯示由CPU發(fā)送給 GPRS模塊的數(shù)據(jù)，采用剩下的 USARTO顯示由 GPRS模塊發(fā)送給 CPU的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的監(jiān)測和解析，為系統(tǒng)功能的調(diào)試提供了一種良好的接口。

2.2 ARM處理器時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)
AT91 SAM7S系列微控制器系統(tǒng)時(shí)鐘由時(shí)鐘發(fā)生器提供，其內(nèi)部包括 1個(gè)鎖相環(huán) (PLL)， 1個(gè)主振蕩器，1個(gè) RC振蕩器。時(shí)鐘發(fā)生器為系統(tǒng)提供下列時(shí)鐘: SLCK慢速時(shí)鐘。由 RC振蕩器提供，是電源管理系統(tǒng)內(nèi)唯一恒定時(shí)鐘。 MAINCK主振蕩器輸出時(shí)鐘。PLLCK分頻器與 PLL輸出。

圖 4 時(shí)鐘模塊電路原理圖
2.3 MC39i模塊電路設(shè)計(jì)
GPRS模塊設(shè)計(jì)可劃分為 SIM卡接口電路、啟動復(fù)位電路和控制接口電路三部分。啟動復(fù)位電路設(shè)計(jì)，MC39i上電后，將其 IGT引腳拉低至少 100ms，即可以開啟 MC39i；MC39i帶有一個(gè)符合 ISO 7816-3 IC卡標(biāo)準(zhǔn)的 SiM卡接口，用戶可以方便的接外部 SIM讀卡器； MC39i通過 ZIF插座提供了符合 ITU-T DCE標(biāo)準(zhǔn)的 RS232接口，通過 RS232接口可以向 MC39i發(fā)送 AT命令和數(shù)據(jù)。該接口工作在 CMOS電平下。MC39i的 RS232接口支持 8位數(shù)據(jù)、無校驗(yàn)、 1位停止位的數(shù)據(jù)格式，波特率可以設(shè)置為 300bps~115kbps。支持 RTS/CTS硬件握手信號和 XON/XOFF握手信號。