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基于CDMA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)計研究作品展示無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可見:網(wǎng)關(guān)節(jié)點是連接傳感網(wǎng)絡(luò)和公眾網(wǎng)絡(luò)的橋梁無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點的研究現(xiàn)狀基于有線通信方式的以太網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)基于無線通信方式的WLAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)基于無線通信方式的GPRS/CDMA無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計設(shè)計思路短距離網(wǎng)絡(luò)選型和長距離網(wǎng)絡(luò)選型技術(shù)方案對比技術(shù)方案對比得出結(jié)論硬件設(shè)計軟件設(shè)計短距離傳輸方案IrDA方案藍牙方案UWB方案ZigBee方案ZigBee技術(shù)特點及應(yīng)用ZigBee的特點主要有以下幾個方面:低功耗低成本低速率短時延高容量高安全
Zigbee主要應(yīng)用在距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間,典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)。根據(jù)設(shè)想,它的應(yīng)用目標主要是:工業(yè)控制(如自動控制設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)),醫(yī)護(如監(jiān)視和傳感),家庭智能控制(如照明、水電氣計量及報警),消費類電子設(shè)備的遙控裝置、PC外設(shè)的無線連接等領(lǐng)域。公共網(wǎng)通信數(shù)據(jù)傳輸方案GPRS通信Wi-Fi通信CDMA通信(通信質(zhì)量好、低輻射、健康環(huán)保)因此,網(wǎng)關(guān)節(jié)點的設(shè)計結(jié)合了“ZigBee”+“CDMA”的通信方式硬件設(shè)計9V穩(wěn)壓電源4.2V電源3.3V電源電源模塊通信系統(tǒng)時鐘ZigBee射頻高頻全向天線ZigBee無線通信模塊ARM微處理器LPC2132設(shè)備接口邏輯控制系統(tǒng)時鐘核心控制模塊EM200CDMA1X設(shè)備接口邏輯RUIM插卡槽天線CDMA模塊存儲電路網(wǎng)關(guān)節(jié)點硬件總體框圖核心控制模塊電路設(shè)計核心處理器模塊電路設(shè)計原理圖ARM處理器(LPC2132)振蕩電路復(fù)位電路存儲電路
FM24CL04采用先進的鐵電技術(shù)制造,可以象RAM一樣快速讀寫,數(shù)據(jù)在掉電后可以保存10年,相對于EEPROM或者其它非易失性存儲器,鐵電存儲器具有系統(tǒng)可靠性高,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
ZigBee無線通信模塊硬件電路圖設(shè)計ZigBee無線通信模塊與原理圖天線接口電路設(shè)計
ZigBee無線通信模塊的天線使用非平衡天線,因此采用非平衡變壓器連接天線可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C114和電感L100、L101、L102以及一個PCB微波傳輸線組成,整個結(jié)構(gòu)滿足RF輸入、輸出匹配電阻的要求。天線接口電路原理圖CDMA無線通信模塊硬件電路設(shè)計電源電路設(shè)計
9V由外接穩(wěn)壓電源提供,EM200CDMA1X模塊使用4.2V電源,ZigBee無線通信模塊和LPC2132的CPU的工作電壓為3.3V??紤]到開發(fā)板供電電流的大小,4.2V由9V經(jīng)三段穩(wěn)壓芯片LM2576轉(zhuǎn)換得到,為EM200供電;3.3V由4.2V經(jīng)SP6201芯片轉(zhuǎn)換得到,為ARM和ZigBee模塊供電嵌入式程序設(shè)計基于CDMA無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸需要程序設(shè)計完成的功能有:ZigBee無線傳感器節(jié)點到網(wǎng)關(guān)上ZigBee模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸;ZigBee模塊到ARM微處理器串口0之間串行數(shù)據(jù)的讀取;ARM微處理器串口0與ARM微處理器串口1之間數(shù)據(jù)的傳輸;ARM微處理器向EM200發(fā)送AT指令,采用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù),使EM200與控制中心建立端到端的連接。分成兩個部分:網(wǎng)關(guān)節(jié)點ZigBee無線芯片程序設(shè)計
網(wǎng)關(guān)節(jié)點ARM處理器程序設(shè)計
網(wǎng)關(guān)節(jié)點ZigBee無線芯片程序設(shè)計設(shè)計思想
多個ZigBee模塊采集數(shù)據(jù)后向網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送,即多點對點傳輸軟件實現(xiàn)的思想是:采用FDMA技術(shù),即每個ZigBee模塊分配一個特定的頻率,按不同的頻率在不同的信道上傳輸,而每個傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)節(jié)點之間的傳輸又可以視為點對點通信。主程序數(shù)據(jù)采集FDMA點對點通信開始上電,初始化I/O口、串口以及中斷接收信道初始值Receive=0Receive是否為0Y信道Receivef1=2840000f2=2843000采集傳感器數(shù)值點對點通信(Receive+1)%3FDMA多點對點通信實現(xiàn)流程圖點對點通信發(fā)送數(shù)據(jù)幀格式定義
參數(shù)設(shè)定:網(wǎng)絡(luò)號節(jié)點號狀態(tài)電壓溫度
1比特1比特1比特2比特2比特幀格式設(shè)定:網(wǎng)關(guān)節(jié)點ARM處理器程序設(shè)計ARM模塊串口數(shù)據(jù)的傳輸是指數(shù)據(jù)由串口0從網(wǎng)關(guān)節(jié)點的ZigBee模塊接收數(shù)據(jù),然后發(fā)送給串口1,由于串口1連接EM200CDMA模塊,因此串口1中的數(shù)據(jù)進行處理之后,利用EM200內(nèi)嵌的TCP/IP協(xié)議,編寫AT命令,使EM200采用TCP方式向CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點ARM處理器程序設(shè)計思想框圖如下圖:主程序串口數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)處理TCP發(fā)送數(shù)據(jù)Y接收數(shù)據(jù)Y數(shù)據(jù)接收計數(shù)qr<3是否為起始字節(jié)YN數(shù)據(jù)接收計數(shù)qr>=10數(shù)據(jù)接收計數(shù)qr清零YNYN從串口緩存中按字節(jié)取數(shù)給數(shù)組賦值返回向量0x00開始是否清除中斷數(shù)據(jù)接收計數(shù)qr++Start=1是否為結(jié)束字節(jié)NARM串口0中斷接收流程圖
ARM數(shù)據(jù)處理
ZigBee協(xié)議中定義的數(shù)據(jù)格式是字節(jié),是定長;而通過EM200采用TCP協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)是字符串,又由于參數(shù)的數(shù)值是個變量,造成長度取值時可能不定,因此發(fā)送的字符串總長度是個變量。用AT指令用TCP發(fā)送數(shù)據(jù)的格式:測試及演示測試結(jié)果經(jīng)過實際測試,該網(wǎng)關(guān)節(jié)點
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