低速率无线传感器网络演示系统的设计与实现

文章摘要：4. 传感器 传感器部分的接口设计成可插拔式通用接口，便于扩展其他传感器，以温/湿度传感器为例，本文选用了Sensirion公司的SHT71，它是一种数字传感器，低功耗，温/湿度一体，使用方便。868MHz和915MHz频段节点机设计 nRF905 1.0以9V直流电源和电池两种方式供电，一个单片机作为中央控制单元，控制传感器和无线收发模块。并外加了存储器，可以实现存储转发功能。nRF905 1.0可分为5大部分：1. 中央控制单元：使用一片AT89LV52作为中央控制单元。其中，R1OUT，T1IN引脚用于串口通信。2. 电源：可选择直流9V电源和电池两种方式供电，供电方式可用跳

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4. 传感器
    传感器部分的接口设计成可插拔式通用接口，便于扩展其他传感器，以温/湿度传感器为例，本文选用了Sensirion公司的SHT71，它是一种数字传感器，低功耗，温/湿度一体，使用方便。

868MHz和915MHz频段节点机设计
    nRF905 1.0以9V直流电源和电池两种方式供电，一个单片机作为中央控制单元，控制传感器和无线收发模块。并外加了存储器，可以实现存储转发功能。

nRF905 1.0可分为5大部分：
1. 中央控制单元：使用一片AT89LV52作为中央控制单元。其中，R1OUT，T1IN引脚用于串口通信。
2. 电源：可选择直流9V电源和电池两种方式供电，供电方式可用跳线切换。
3. 存储器：使用一片AT24C21作为存储器，当数据量超出单片机容量，或无线信道不正常时，可将数据暂存于存储器，待以后转发。
4. 传感器：使用Sensirion公司的SCH7x温/湿度传感器。
5. 无线收发模块：使用Nordic公司的nRF905无线收发芯片，可以工作在433MHz、868MHz和915MHz三个频段。

图3 射频模块的软件流程图

网关机设计
硬件设计
    网关机硬件采用基于ARM7TDMI的嵌入式系统开发板，外加两个基于RFW-D100和102以及nRF905的无线射频模块。其结构示意图见图1的中间部分。这样设计的主要考虑是节约开发时间。两个射频模块子板和ARM板之间通过串口通信。

ARM板硬件组成
1． 微处理器S3C44B0X
    S3C44B0X是三星公司推出的16/32位RISC处理器，它采用了ARM7TDMI内核，0.25mm工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。它的低功耗和全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBAⅡ。

2．  UART异步串行接口
    S3C44B0X的UART(通用异步收发器)单元提供两个独立的异步串行I/O端口，每个都可以在中断和DMA两种模式下工作。它们支持的最高速率为115.2kbps。每个UART包含一个波特率发生器、发送器、接收器和控制单元。在本系统的设计中，两个串口分别接两个射频模块，分别工作在2.4GHz和868MHz、900MHz频段，这样，处理器可以通过这两个通道与两个子网进行通信。

3．以太网控制器RTL8019AS
    由Realtek公司生产的RTL8019AS高集成以太网控制器芯片集成了介质访问控制子层(MAC)和物理层的性能，可以方便地设计基于ISA总线的系统，简单的与通用单片机进行接口。另外，它还具有与NE2000兼容、软件移植性好，价格低廉等优点，在市场上的10Mbps网卡中占有相当的比例。在本系统中，网口与以太网相连，将网关收集到的数据上传到PC的数据库中。

4． Flash存储器
    本系统中采用的Flash是具有16Mb(2MB)、单一5V供电的存储器。2MB的数据区被分为32个64kB的区段，因而具有灵活擦除功能。Flash在本系统中用来存放程序代码。系统上电或复位后从此处获取指令并开始执行。

射频模块硬件组成
    从图1中可以看出，网关机部分是由ARM开发板和两个射频模块共同组成的，完成两个子网的数据采集处理和上传任务。射频模块没有单独设计，而是两个频段的节点机的简化版本，将其中的数据采集部分去掉，以缩短开发周期，提供了通用性。在硬件一致的情况下，只要对两个模块的软件进行修改就可以完成无线数据收发的功能。具体硬件设计可以参考前面节点机的硬件设计。

软件设计
    无线传感网网关机如前面所介绍的，在硬件上分成相对独立的三个单元，因而软件也分为三个相对独立的部分。

1.  ARM板软件
    ARM核心板的软件包括初始化，处理上层PC传来的采样命令，通过两个串口向两个子网发送采样命令。然后等待节点上传来的数据信息，其中的关键在于怎样处理好两个子网通过两个串口上传来的数据信息。不漏不重。限于篇幅，具体流程就不在这里详述了。

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