一種基于ZigBee協議的動態數據采集系統的實現

摘要：動態數據采集有著采集范圍大、采集點眾多、數據通信困難、布線空間有限、自動作業等特點，傳統的以總線方式組成網絡的采集系統很難滿足這種應用要求。在此動態數據采集系統的設計充分借鑒無線傳感器網絡設計思想，探討一種基于ZigBee協議無線傳榆的設計方案，具有低功耗、靈活性強、可擴展好、體積小、成本低等特點，解決了傳統的采集系統的設計瓶頸，并具有新的優異特性。
關鍵詞：ZigBee；無線傳感器網絡；動態數據采集；TinyOS

O 引言
數據采集是獲取信息的基本手段，作為信息科學的一個重要分支，數據采集技術是包括了傳感器技術、信號處理、數據通信、微型計算機等技術的一門綜合應用技術。在實際應用中，很多數據采集系統往往很難實現對動態目標進行實時采集和監控。對動態數據采集系統來說，有著采集范圍大、采集點眾多、布線空間有限、體積小、自動作業等特點，傳統的以總線方式組成網絡的采集系統很難滿足這種應用要求。
在此探討的動態數據采集系統由動態數據采集節點組成，以自組織方式構成的無線網絡。節點軟硬件設計借鑒無線傳感器的節點設計思想，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轉串口芯片FT232BM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協議的無線通信模塊設計。開發出的硬件平臺既可以作為終端采集節點，又可以作為通信網關進行數據的收發。軟件系統設計上，移植無線傳感器專門的嵌入式操作系統TinyOS到MSP430微處理器，使用nesC語言編寫應用程序。系統以溫度作為采集變量，建立了一個具有采集溫度數據、預處理、打包無線傳輸功能的動態數據采集系統終端節點的設計。并利用終端節點的PC接口實現網關的功能，完成網關應用程序設計。

1 節點設計
1．1 節點的一般結構
一個典型的無線傳感器網絡節點設計包括了傳感器單元、數據處理單元、無線通信單元和電源管理單元，以及用戶接口等一些擴展設計單元，如圖1所示。


1．2 節點設計的要求
節點設計主要有3點要求。第一，動態數據采集系統的采集對象往往是目標的溫度、濕度、速度等參數，整個系統需要在無人環境下長期正常工作，因此低功耗設計是動態數據采集系統的首要要素；第二，動態數據采集系統處理數率較低、數據傳輸量少、主要采用無線傳輸的形式，因此選擇無須許可的、合適、低價的通信方式是保證動態數據采集系統正常工作的關鍵。第三，本系統采集的對象主要是針對飛禽走獸等野生動物，為了實現監控的方便，采集節點還必須要滿足體積小、靈活性強等特點。