基于TinyOS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低廉的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線網(wǎng)絡(luò)，是目前國際上無線領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，應(yīng)用前景非常好;而TinyOS是美國的伯克利大學(xué)開發(fā)的，為嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的源碼開放的操作系統(tǒng)，它運(yùn)行在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，是其他上層應(yīng)用和協(xié)議運(yùn)行的前提。本設(shè)計(jì)以nRF24E1無線通信模塊為核心，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)TinyOS，使用模塊化設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

　　1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)構(gòu)成概述

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由三類節(jié)點(diǎn)構(gòu)成：一般采集所需要的信息無線終端節(jié)點(diǎn);收集一般節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲、處理、上傳的無線路由器節(jié)點(diǎn);無線服務(wù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無線路由器節(jié)點(diǎn)處理中心并充當(dāng)網(wǎng)關(guān)與其他外部網(wǎng)絡(luò)的連接。三類節(jié)點(diǎn)的硬件構(gòu)成基本相同，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)采集、簡單的數(shù)據(jù)處理、短距離無線通信和自組網(wǎng)能力。

　　1.2總體設(shè)計(jì)框圖

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中三種節(jié)點(diǎn)硬件平臺的構(gòu)建基本相同，其基本節(jié)點(diǎn)構(gòu)成框圖如圖1所示。無線終端節(jié)點(diǎn)可去除顯示模塊、串口通信模塊和聲光報(bào)警單元，以節(jié)約節(jié)點(diǎn)的電能。

　　主控制部分裝載傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)，并對各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;電源模塊為系統(tǒng)供電;無線通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸功能;串行通信模塊可用于與上位機(jī)進(jìn)行通信，也可用于進(jìn)行系統(tǒng)配置;傳感器模塊利用傳感器采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后交由主控制器處理;數(shù)據(jù)存儲模塊用于臨時(shí)或永久存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)備查。

　　2 系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

　　對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺的搭建，國內(nèi)外很多學(xué)者提出，用MSP430或AT89C2051作為主控制器，結(jié)合無線收發(fā)模塊來實(shí)現(xiàn)。國內(nèi)中科院杭州計(jì)算機(jī)所研制的gainz節(jié)點(diǎn)采用ATmega128處理器，再結(jié)合射頻收發(fā)芯片來實(shí)現(xiàn)，這樣做難以真正做到微型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，且成本難以控制。美國的伯克利大學(xué)研制的產(chǎn)品Mica2Dot節(jié)點(diǎn)采用自己設(shè)計(jì)的ASIC來實(shí)現(xiàn)，這需要足夠的技術(shù)力量和資金。本系統(tǒng)以nRF24E1無線通信模塊為核心。nRF24E1是一顆集成高速2.4 GHz無線收發(fā)內(nèi)核的增強(qiáng)型51單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)的所有功能。這是一顆高性能單片機(jī)內(nèi)核的高速1 Mbps單片無線收發(fā)芯片，所有高頻元件(包括電感振蕩器等)已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，使得產(chǎn)品一致性良好、性能穩(wěn)定且不受外界影響;可跳頻，點(diǎn)對多點(diǎn)通信及無線檢錯(cuò)，所有功能均在一個(gè)6 mm