引 言
无线传感器网络是新近兴起的研究领域,它是由一个主机(网络接入点)和大量的无线传感器节点组成的分布式系统。由无线传感器节点负责对数据的感知和处理,并传送给主机;主机用户可通过公共网络(如Internet Work,公共交换网等)获取相关信息,实现对现场的有效控制和管理。它在军事、环境、健康、家庭以及空间探索和灾难拯救等领域都有着广泛的应用前景。其无线传感器节点通常分布在一些特殊的环境中,因而要求其具有低功耗、低成本、无线传输和分布式处理等特性。蓝牙威廉希尔官方网站 是一种使用2.4 GHz频段的短距离无线通信威廉希尔官方网站 。采用快速跳频、前向纠错和优化的编码等威廉希尔官方网站 ,使得其具有抗干扰能力强、通信质量稳定的优点,同时它还具有低功耗、低成本、使用便捷和电磁污染小等特点。蓝牙威廉希尔官方网站 的这些优势,为其在无线传感器网络中的实际应用提供了条件。
下面以研制完成的温度无线传感器网络系统为例,详细介绍利用计算机、单片机及蓝牙威廉希尔官方网站 实现温度数据的采集、处理、无线传输等功能。
1 系统结构
温度无线传感器网络系统采用数字式输出温度传感器DS18820和单片机AT89S2051组成温度采集系统。利用重庆金瓯公司生产的蓝牙内嵌模块,完成温度数据的传输及控制。实现计算机对温度数据的无线传输、采集和处理。系统逻辑结构如图1所示,传感器节点结构如图2所示。
2 温度采集系统的设计
DS18820数字温度计提供9位(二进制)温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18820或从DS18820送出。DS181320的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。每一个DS18820在出厂时已经给定了惟一的序号,任意多个DS18820可以存放在同一条单线总线上。DS18820的测量范围从-55~+125℃,增量值为-0.5℃,可在1 s(典型值)内把温度变成数字。
AT89S2051是美国ATMEL公司推出的高效单片机,是一种低功耗、高性能的片内含有2 KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器。利用AT89S2051及DS18820完成温度采集及传送。温度采集系统的硬件设计如图3所示,软件设计流程图如图4所示。
3 单片机和蓝牙模块的连接
温度传感器对采集到的温度信号进行处理并输出数字信号,存储在单片机的寄存器中。在本系统中单片机和蓝牙发送模块的接口采用的是RS 232接口。采集的数据通过蓝牙发送模块传输到蓝牙接收模块上,再通过蓝牙接收模块传输到主机。最终把采集进来的数据在主机上进行处理。
这里有一个电平转换的问题。单片机发出的信号是TTL信号,所以在与蓝牙模块进行数据前,需要把它转化成RS 232电平。本系统中采用MAX232进行电平转换。接口电路图如图5所示。
4 主机与蓝牙模块的连接
主机和蓝牙接收模块之间的数据传输采用RS 232串口连接。采集到的数据通过蓝牙传输到接收模块之后,通过RS 232接口传输到主机上。接口硬件采用金瓯公司的蓝牙模块RS转换器。通信软件由VC编写,将传感器节点测量的数据通过蓝牙传输到主机,显示出来以便进行数据处理。主机通信程序主界面如图6所示。
5 温度无线传感器网络系统设计时应注意的事项
(1)注意硬件及软件设计的防干扰设计
AT89S2051采用上电复位电路,要注意设置并启动其内部自带的看门狗电路。软件编程时要“喂狗”,以防止外界复杂环境对系统工作的影响。
(2)传感器节点标识
在传感器节点发送采集到的温度数据之前,控制其先发送一个八位的二进制标识码,主控机通过对这一标识码的识别,就可以知道所接收到的数据是由哪一个传感器节点所采集发送的。理论上,这种方法一共可以标识28=256个节点。
(3)传送数据的校验
蓝牙传输系统中,对传输的每一帧数据都进行了校验,而且串口通信对传输的每一帧数据也进行了校验,这就确保了数据传送的正确性。实验也证明了系统数据传送性能良好。
(4)控制各传感器节点工作时序
系统启动时,将各个传感器节点置于停止状态。当需要哪一个节点工作时,从主机上发送相应的指令,将该传感器节点激活,使它采集传输数据。使用这种方法时,同时工作的传感器节点不能过多,要保证蓝牙跳频威廉希尔官方网站 能够解决同时工作的传感器节点所产生的数据传输冲突问题。
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