ZigBee协议在动态数据采集系统中的应用

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1、ZigBee协议在动态数据采集系统中的应用　　动态数据采集有着采集范围大、采集点众多、数据通信困难、布线空间有限、自动作业等特点，传统的以总线方式组成网络的采集系统很难满足这种应用要求。在此动态数据采集系统的设计充分借鉴无线传感器网络设计思想，探讨一种基于ZigBee协议无线传榆的设计方案，具有低功耗、灵活性强、可扩展好、体积小、成本低等特点，解决了传统的采集系统的设计瓶颈，并具有新的优异特性。　　数据采集是获取信息的基本手段，作为信息科学的一个重要分支，数据采集技术是包括了传感器技术、信号处理、数据通信、微型计算机等技术的一门

2、综合应用技术。在实际应用中，很多数据采集系统往往很难实现对动态目标进行实时采集和监控。对动态数据采集系统来说，有着采集范围大、采集点众多、布线空间有限、体积小、自动作业等特点，传统的以总线方式组成网络的采集系统很难满足这种应用要求。于是，在动态数据采集系统的设计中，无线通信技术有了用武之地。　　短距离无线通信技术的出现和发展为在智能家居内实现设备组网、管理、监控和数据传输等方面提供了有效途径。特别是新一代短距离无线通信技术ZigBee的出现，使家居智能化、无线化、网络化的实现成为可能。ZigBee技术的突出优势在于其组网能力强、

3、功耗低，成本低，对家庭传感器网络的管理和维护提供了极大的便利。通过ZigBee无线通信技术可以实现对家居内各种传感器和终端控制器的组网控制，形成一个智能的家庭感知网络。　　ZigBee无线通信技术是最近几年涌现的一项热门，目前全球已有350多家国际知名企业加入ZigBee联盟组织，以推广ZigBee技术，使其成为领先的无线网络、传感、控制标准并在全球范围内应用于消费电子、能源、家庭、商业和工业等各个领域[24]。ZigBee的基础是IEEE802.15.4标准，这是IEEE无线个人局域网（PAN,personalareanetw

4、ork）工作组的一项标准。ZigBee网络类似移动通信网络的CDMA或GSM网，一个ZigBee网络理论上最多可支持65535个ZigBee节点，节点间的通信距离可以从75m开展到数百米甚至几公里。　　在此探讨的动态数据采集系统由动态数据采集节点组成，以自组织方式构成的无线网络。节点软硬件设计借鉴无线传感器的节点设计思想，采用TI公司的低功耗微处理器MSP430系列微处理器芯片和FLASH芯片分别作为处理芯片和存储单元；采用USB转串口芯片FT232BM将USB口转换成标准串口，这样用户就可以像操作普通的串口那样来操作USB，用

5、来完成MSP430的BSL下载电路和MSP430与PC的串行通信接口；采用CC2420模块完成了支持802.15.4／ZigBee协议的无线通信模块设计。开发出的硬件平台既可以作为终端采集节点，又可以作为通信网关进行数据的收发。软件系统设计上，移植无线传感器专门的嵌入式操作系统TinyOS（TinyOS操作系统是源于伯克利分校，研究人员设计该系统是专门针对于传感器网络特点）到MSP430微处理器，使用nesC语言（NesC由C语言扩展而来，用来描述TinyOS的执行模型和结构，它是TinyOS的编程语言，也是TinyOS的开发工

6、具）编写应用程序。系统以温度作为采集变量，建立了一个具有采集温度数据、预处理、打包无线传输功能的动态数据采集系统终端节点的设计。并利用终端节点的PC接口实现网关的功能，完成网关应用程序设计。　　1节点设计　　1.1节点的一般结构　　一个典型的无线传感器网络节点设计包括了传感器数据采集单元、数据处理单元、无线通信单元和电源管理单元，以及用户接口等一些扩展设计单元，如图1所示。　　1.2节点设计的要求　　节点设计主要有3点要求。第一，动态数据采集系统的采集对象往往是目标的温度、湿度、速度等参数，整个系统需要在无人环境下长期正常工作，

7、因此低功耗设计是动态数据采集系统的首要要素，而ZigBee的最大特点就是低功耗，刚好满足系统的要求；第二，动态数据采集系统处理数率较低、数据传输量少、主要采用无线传输的形式，因此选择无须许可的、合适、低价的通信方式是保证动态数据采集系统正常工作的关键，ZigBee的另一个特点就是传输的数据量不能太大。第三，本系统采集的对象主要是针对飞禽走兽等野生动物，为了实现监控的方便，采集节点还必须要满足体积小、灵活性强等特点。　　1.3节点硬件设计　　目前，2种典型的无线传感器网络节点研究平台是mica系列和telos系列节点，它们采用目前

8、应用最广泛的TinyOS嵌入式网络操作系统。　　本系统的节点硬件是设计参考telos平台，是telos平台一次再设计过程。系统设计弱化传感器部分的设计，对无线通信模块选用射频模块电路，设计重点在微处理器模块地电路实现上。同时，为了增加动态数据采集系统应用性，添加