基于TinyOS的嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
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2．3 通信模塊
無線收發(fā)模塊主要完成傳感器節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)之間的數(shù)據(jù)交換功能，這里采用Nordic公司的nRF24E1芯片。nRF24E1內(nèi)部集成了2．4 GHz的nRF2401無線收發(fā)器，其增強(qiáng)型8051內(nèi)核和9輸入的10位A／D轉(zhuǎn)換器無線收發(fā)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信，具有體積小，功耗低和外圍電路簡單等特點(diǎn)。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一些只實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和傳送功能的節(jié)點(diǎn)可以由nRF24E1內(nèi)嵌的8051單片機(jī)進(jìn)行控制處理，所以可直接采用nRF24E1和傳感器模塊構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn)。然而，對于數(shù)據(jù)處理要求高，功能復(fù)雜，計(jì)算量大，要為通信協(xié)議、功能協(xié)調(diào)、應(yīng)用處理等提供硬件支持的節(jié)點(diǎn)(如網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn))，則采用MSP430作為處理器，nRF24E1作為無線通信模塊，其連接圖如圖3所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/163620.htm
通過配置特殊寄存器，可使nRF24E1工作在ShockBurst無線方式。數(shù)據(jù)低速輸入高速發(fā)送，功耗極低，并可通過軟件控制開關(guān)進(jìn)一步降低能耗。用 MSP430的P1口控制nRF24E1，通過配置CE，PWR，CS三個(gè)控制管腳，使芯片工作在不同的模式。當(dāng)nRF24E1工作在發(fā)送方式時(shí)，接口引腳為CE，CLK1和DATA；當(dāng)CPU請求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，置CE為高電平。此時(shí)，將接收機(jī)地址和有效載荷數(shù)據(jù)送入nRF24E1，置CE為低電平，激活 ShockBurst發(fā)射；當(dāng)nRF24E1工作在接收方式時(shí)，接口引腳為CE，DR1，CLK1和DATA。在正確設(shè)置射頻包輸入載荷的地址和大小后，置CE為高電平。此后，nRF24E1監(jiān)測信息輸入，若收到有效數(shù)據(jù)包，則給處理器一個(gè)中斷，并置DR1為高電平，使處理器將有效載荷數(shù)據(jù)取走，待系統(tǒng)收到全部數(shù)據(jù)后再置DR1為低。此時(shí)，如果CE保持高電平，則等待新的數(shù)據(jù)包；若CE置低電平，則開始其他工作流程。
2．4 電源模塊
傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限，目前主要解決節(jié)約電能的方法是采用休眠機(jī)制，即節(jié)點(diǎn)在沒有事件發(fā)生時(shí)盡快進(jìn)入休眠狀態(tài)；而在有事件發(fā)生時(shí)及時(shí)自動(dòng)醒來，并喚醒鄰居節(jié)點(diǎn)，形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在光線充足的地方采用太陽能電池代替化學(xué)電池，使節(jié)點(diǎn)有更長的工作時(shí)間。
3 嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可看作一個(gè)微型的嵌入式平臺(tái)。現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)大多是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，很少考慮能源供應(yīng)，而且占用空間很大。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力、電源及存儲(chǔ)能力有限，采用 TinyOS嵌入式系統(tǒng)，并引入輕線程、主動(dòng)消息、事件驅(qū)動(dòng)和組件化編程。TinyOS是一種專門為嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于組件的操作系統(tǒng)，由nesC 語言實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。TinyOS根據(jù)嵌入應(yīng)用可以輕易增減控制執(zhí)行的功能，而且編譯器可避免數(shù)據(jù)競爭的現(xiàn)象，可節(jié)省硬件資源，并能執(zhí)行多個(gè)快速響應(yīng)的控制操作。
3．1 組件
TinyOS操作系統(tǒng)一般由Main組件(初始化硬件并執(zhí)行調(diào)度程序)、應(yīng)用組件(實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用功能)、系統(tǒng)組件(為應(yīng)用層組件提供服務(wù))、HPL(硬件描述層)構(gòu)成。這種體系結(jié)構(gòu)使得TinyOS非常方便用戶使用，增加了操作系統(tǒng)的移植性和軟件的復(fù)用性。
3．2 接口
這里的接口是一個(gè)雙向通道，它具有的功能和事件通知能力是雙向的，向調(diào)用者提供命令和實(shí)現(xiàn)命令者進(jìn)行事件通告。代碼如下：
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