無線傳感器網絡數據中轉器的設計

摘要：介紹了無線傳感器網絡數據中轉器的工作原理和重要作用，提出了一種以32位ARM處理器LPC2148為核心的數據中轉器的設計方案，詳細介紹了教據中轉器的軟件設計、通信協議設計以及GPRS通信方式。該設計方案實時性強，穩定可靠。
關鍵詞：無線傳感器網絡；數據中轉器；GPRS通信；ARM LPC2148

0 引言
無線傳感器網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測和收集網絡分布區域內各種目標對象的狀態信息，因而具有廣闊的應用前景。本文所討論的無線傳感器網絡數據中轉器就是為實現遠程上位機對目標區域內的各種環境參數的實時監控而設汁的，它在整個系統中可實現無線傳感器采集數據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絡數據采集系統的穩定應用起著承上啟下的作用。

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

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

3 數據中轉器的設計
數據中轉器的應用程序開發可采用ARM Developer Suite V1．2開發環境。在該開發環境中，可完成程序的編輯與調試。編程語言以C語言為主，并可嵌入ARM匯編語言，系統平臺采用μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統，以保障開發程序能夠可靠穩定的運行。