本章小结第五章结论及展望参考文献附录致谢第章绪论引言随着通讯与网络技术的发展，无线传感网络技术被广泛应用于各种领域，如科学勘查情报收集安全监控等。不管是工业控制农业生产还是网络通信，无线传感器网络都越来越被重视，同时，随着嵌入式系统技术的发展，尤其是系统的快速发展，高档微处理器被逐渐应用于各种通讯和网络设备，尤其是实时性要求高的通讯领域。微处理器应用于传感器节点中，可以简化硬件设计，提高无线传感器网络通讯能力和数据存储能力。为了实现商业价值提高农业产效率深化无线传感器网络技术，我们提出了这个课题基于的无线传感器网络节点设计。课题研究现状无线传感器网络具有重要的科研价值和广泛的应用前景，它的出现引起了全世界的广泛关注，被公认为是世纪产生巨大影响的技术之。无线传感网络的研究历史不长，但发展很快。国外无线传感器网络的研究现状年美国国防部就提出了智能尘埃的概念，其目的在于监控敌方的活动情况而不被察觉。美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究，包括等研究项目。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。美国陆军年提出了灵巧传感器网络通信计划。目标是建设个通用通信基础设施，支援前方部署，将无人值守式弹药传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，以便成倍地提高单传感器的能力，从而提高未来战斗系统的生存能力。年月，英特尔公司发布了基于微型传感器网络的新型计算发展规划，该规划主要致力于微型传感器网络在医学环境监测森林灭火海底板块和行星探测等领域的应用。同年欧盟提出了项为期三年的自组织和协作有效能量的传感器网络计划，研究的范围包括分布式信息处理无线通信等。该项目研究无线传感器网络的构架节点的协作网络协议和安全等。美国科学基金委员会年制定了研究计划，每年拨款万美元资助无线传感器网络项目，其研究领域涉及能感知有毒化学物生物攻击等的传感器节点分布环境下传感器网络的特性，以及如何有效利用获得的数据进行分析决策等问题。年对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下代高可靠安全的可扩展的网络可编程的无线网络及传感器系统的网络特性，资助金额达万美元。此外，美国交通部能源部美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。美国所有著名院校几乎都有研究小组在从事相关技术的研究。加拿大英国德国芬兰日本和意大利等国家的研究机构也加入了的研究。加州大学洛杉矶分校加州大学伯克利分校麻省理工学院康奈尔大学哈佛大学等在研究领域成绩较为突出。国际相关学术会议中对的研讨增多，检索论文数目逐年以较大幅度增加。企业界，欧盟的等公司日本的世康欧姆龙等公司都开展了的研究。国内无线传感器网络的研究现状我国现代意义的无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式出现于年中国科学院知识创新工程试点领域方向研究的信息与自动化领域研究报告中。年中国科学院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，旨在引领中科院的相关工作。国内的些科研单位和大学，如清华大学中国科学院沈阳自动化所哈尔滨工业大学和黑龙江大学从年开始分别在时间同步与定位传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同时间开始研究嵌入式无线传感器网络节点可重构技术无线传感器中的定位等技术。年，中国国家自然科学基金委员将项无线传感器网络项目面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论列为重点研究项目。年，将无线传感器网络基础理论和关键技术列入计划。年将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目。国家发改委下代互联网示范工程中，也部署了相关的课题。在份我国未来年预见技术的调查报告中，信息领域项技术课题中有项与传感器网络直接相关。年初发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要为信息技术定义了个前沿方向，其中个与的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。我国年远景规划和十五计划中，将列为重点发展的产业之。图无线传感器网络系统结构总体现状分析目前对于无线传感器网络的研究热点主要集中于网络技术和协议的开发应用上。网络本身主要集中在三个方面的关键技术上网络通信协议网络管理技术网络支撑技术。在网络通信协议上研究重点是数据链路层协议和网络层路协议的研究在网络管理技术层，主要研究收集数据的管理节能问题的解决以及网络通信安全的实现在网络支撑技术层，主要研究点节点定位问题的解决时间同步技术的实现以及用户应用接口的实现。协议协议直接控制射频模块，对节点功耗有重要影响，而射频模块是节点中最大的耗能部件，因此到目前为止，能源效率是无线传感器网络层协议最主要的设计目标。最近几年研究协议取得的成果可以将其分为三类利用时分复用的协议通过频分复用或者码分复用的方式的引言随着通讯与网络技术的发展，无线传感网络技术被广泛应用于各种领域，如科学勘查情报收集安全监控等。不管是工业控制农业生产还是网络通信，无线传感器网络都越来越被重视，同时，随着嵌入式系统技术的发展，尤其是系统的快速发展，高档微处理器被逐渐应用于各种通讯和网络设备，尤其是实时性要求高的通讯领域。微处理器应用于传感器节点中，可以简化硬件设计，提高无线传感器网络通讯能力和数据存储能力。为了实现商业价值提高农业产效率深化无线传感器网络技术，我们提出了这个课题基于的无线传感器网络节点设计。本文由点梦时刻倾情奉献设计原理系统总体方案的设计本文设计的无线传感器网络节点设计系统主要包括三部分第部分是无线通讯系统，无线通讯电路采用为收发数据的控制芯片。单片射频收发器芯片，内置完整的数据协议和树检错，可自动完成字头处理。自动完成曼彻斯特编码解码。只需通过即可完成所有的无线收发传输第二部分是处理器系统，处理器选用基于的第三部分是红外近距离传感器系统，传感器系统包括路传感器及其驱动电路和信号处理电路。电机驱动系统采用驱动移动节点的两路直流电机。是公司推出的双高电压大电流功率集成电路，内部包含通道逻辑驱动电路，可以同时驱动两路直流电机工作种模式前进后退停止转向。每路传感器均由红外光管红外光电信号接收管发光管信号调制电路光电管信号放大电路和信号处理电路组成。系统硬件组成部分传感器系统无线通信系统收发系统电源模块微处理器图总体方案设计图系统硬件各模块总体方案设计如图所示。该系统包括以下几个模块组成时钟电路模块复位电路模块电源电路模块电机驱动电路模块无线射频通讯电路模块显示电路模块近距离红外传感器电路模块和报警电路模块等组成。近距离红外传感器系统设计传感器电路被中央处理器输出端口选通后，传感器的红外光管发出红外经过信号调制，发出脉冲红外光，相对应的红外光电管被选通接收红外信号，输出信号经过放大处理后输入到微处理器，放大器采用增益放大器。当节点探测范围内遇到障碍特，反射回的光线被红外光电管接收，输出脉冲信号，信号经放大和处理后输出电压模拟信号，直接输送到中央处理器的转换器转换成数字信号，中央处理器对谨言该数字信号进行得理，计算出前方障碍物的方位与距离。本文由点梦时刻倾情奉献主控制电路电源传感器无线通讯单元处理器片内片内显示器报警器转换电路电机驱动电源电机驱动单元直流电机图硬件结构总设计图图近红外传感器模块电机驱动电路的设计电路设计采用直接驱动，原理图如下图所示，分别接至自带的个管脚，接至通用管脚，用于被选通。依据的四种工作模式实现对电机的控制，如当为，为，电机正转，的输入信号控制电机的速度，如图所示。系统用软件的方式控制占空比调节电动机的速度，电机的速度值邮公式计算，设电机的最大转速为,占空比为，电机的平均速度为本文由点梦时刻倾情奉献式中为电机的平均速度为电机的最大速度为占空比为个定时器计数周期值，由微处理器预先设定，定时器计数周期内的高电平时间，在控制程序里设定，其中。无线射频通讯电路的设计无线射频通讯电路的设计以为核心的无线射频通讯电路设计如所示。首先，在以后，将不断监测空中的信息当发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测被置为高电平此后，当接收到有效地址时，地址匹配被置为高电平在这之后，当接收到有效的地址包校验正确时，将去掉前导码地址和位，同时将数据准备就绪位置为高电平，并用设置为低电平，以进入模式，从而使能够以合适的速率通过接口读出有效的数图基于的电机驱动电路据当所有的数据读出后，将和设置为低电平，以便使准备进入或模式。报警电路在嵌入式系统中常用蜂鸣器作为报警电路报警器，蜂鸣器有直流型和交流弄两钏。直滚型蜂鸣器则需提供定频率的交流信号，才可以使蜂鸣器响。直滚型蜂鸣器的蜂鸣频率是固定不能更改的，而交流型则可以通过更改驱动电流的频率来调整蜂鸣频率。两种类型的蜂鸣器都可以使用相同的控制电路，只是控制方式有所不同。提供的输出电流不能够直接驱动蜂鸣器，需经过三极管驱动。鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的种元器件，它用于提示报警音乐等许多应用场合。图控制蜂鸣器图无线射频通讯硬件原理图显示电路本设计以灯作为显示器。在嵌入式系统常用于作信号灯，指示系统当前的些状态。的控制很简单，只需在阳极与阴极间提供个的正向电压，并使流经的电流为，即可以较理想地点亮。如图所示，设置引脚为输出方式。使引脚输出低电平时，与引脚有的电压并，这时即被点亮使引脚输出高电平时与引脚电压差为，这时不能被点亮电阻用于限流。本文由点梦时刻倾情奉献系统软件设计软件系统由实时操作系统应用程序和无线通信协议组成。图为软件系统的结构。节点节能除了在设计中采用低功耗硬件之外，如果系统软件针对能耗进行了专门的优化，那么无线传感器网络的生存时间也能得到有效的延长。图直接驱动软件系统通信协议操作系统应用程序图软件系统结构图节点地址编码与数据通讯格式设计基于移动节点的传感器网络由多个移动节点和静态节点组成，每个节点在网络中必须有唯的地址编码和特定的数据传输格式。移动节点的地址编码由主机地址编码和地址编码两部分组成，主机编码表示特定的节点号，可以假定为等。地址编码被高为固定值，二者构建了移动节点在网络中的唯地址标识。数据传输格式如表所示本文由点梦时刻倾情奉献为数据传输的开始和结束的标志，其中为信源地址，为信宿编号，为数据长度字节数，为有效数据，为循环冗余纠错检错校验码字节。例如个节点欲发送。个字节的数据给基站主