基于TinyOS的無線傳感器網(wǎng)絡構建

　　無線傳感器網(wǎng)絡是由大量低廉的微型傳感器節(jié)點組成的無線網(wǎng)絡，是目前國際上無線領域研究的熱點之一，應用前景非常好;而TinyOS是美國的伯克利大學開發(fā)的，為嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡而設計的源碼開放的操作系統(tǒng)，它運行在每個網(wǎng)絡節(jié)點上，是其他上層應用和協(xié)議運行的前提。本設計以nRF24E1無線通信模塊為核心，基于無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)TinyOS，使用模塊化設計思路，實現(xiàn)了一個無線傳感器網(wǎng)絡。

　　1 無線傳感器網(wǎng)絡設計

　　1.1 系統(tǒng)構成概述

　　無線傳感器網(wǎng)絡由三類節(jié)點構成：一般采集所需要的信息無線終端節(jié)點;收集一般節(jié)點中的數(shù)據(jù)并進行存儲、處理、上傳的無線路由器節(jié)點;無線服務節(jié)點實現(xiàn)無線路由器節(jié)點處理中心并充當網(wǎng)關與其他外部網(wǎng)絡的連接。三類節(jié)點的硬件構成基本相同，每個傳感器節(jié)點具有數(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總體設計框圖

　　無線傳感器網(wǎng)絡中三種節(jié)點硬件平臺的構建基本相同，其基本節(jié)點構成框圖如圖1所示。無線終端節(jié)點可去除顯示模塊、串口通信模塊和聲光報警單元，以節(jié)約節(jié)點的電能。

　　主控制部分裝載傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對各個模塊的驅(qū)動，并對各個模塊的數(shù)據(jù)進行處理;電源模塊為系統(tǒng)供電;無線通信模塊實現(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進行通信，也可用于進行系統(tǒng)配置;傳感器模塊利用傳感器采集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)模轉換后交由主控制器處理;數(shù)據(jù)存儲模塊用于臨時或永久存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)備查。

　　2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

　　對于無線傳感器網(wǎng)絡硬件平臺的搭建，國內(nèi)外很多學者提出，用MSP430或AT89C2051作為主控制器，結合無線收發(fā)模塊來實現(xiàn)。國內(nèi)中科院杭州計算機所研制的gainz節(jié)點采用ATmega128處理器，再結合射頻收發(fā)芯片來實現(xiàn)，這樣做難以真正做到微型網(wǎng)絡節(jié)點，且成本難以控制。美國的伯克利大學研制的產(chǎn)品Mica2Dot節(jié)點采用自己設計的ASIC來實現(xiàn)，這需要足夠的技術力量和資金。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)核的增強型51單片機，可實現(xiàn)51單片機的所有功能。這是一顆高性能單片機內(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，點對多點通信及無線檢錯，所有功能均在一個6 mm