基于arm的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書</p><p>　　題 目：基于ARM的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計</p><p>　　原始依據(jù)：隨著通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如科學(xué)勘查、情報收集、安全監(jiān)控等。不管是工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是網(wǎng)絡(luò)通信，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都越來越被重視，同時，隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是ARM系統(tǒng)的快速發(fā)展，高檔微

2、處理器被逐漸應(yīng)用于各種通訊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，尤其是實時性要求高的通訊領(lǐng)域。ARM微處理器應(yīng)用于傳感器節(jié)點中，可以簡化硬件設(shè)計，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊能力和數(shù)據(jù)存儲能力。為了實現(xiàn)商業(yè)價值、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)效率、深化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我們提出了這個課題：基于ARM的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計。</p><p>　　主要內(nèi)容和要求：（包括設(shè)計（研究）內(nèi)容、主要指標與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求）：</p>

3、<p><b>　　功能要求</b></p><p>　　(1) 系統(tǒng)以ARM7系統(tǒng) LPC2214作為硬件開發(fā)平臺</p><p>　　(2) 系統(tǒng)可采用模塊化的設(shè)計原理。</p><p>　　(3) 系統(tǒng)測量精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、可靠性高、堅固耐用、精巧大方。</p><p>　　(4) 系統(tǒng)通用

4、性強。 </p><p>　　(5) 系統(tǒng)擴展性強，要求設(shè)計容量足夠大，滿足今后的擴充需要。</p><p>　　(6) 系統(tǒng)操作方便，性能價格比高。</p><p>　　(7) 抗干擾能力強，能在現(xiàn)場環(huán)境下可靠運行。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　根據(jù)功能要求

5、進行技術(shù)方案設(shè)計。</p><p>　　進行硬件系統(tǒng)選型和設(shè)計（包括LPC2214、SP708S等）。</p><p>　　掌握ARM7系統(tǒng) LPC2214的設(shè)置與應(yīng)用。</p><p>　　抗干擾能力強，能在現(xiàn)場環(huán)境下可靠運行。</p><p>　　撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，列出系統(tǒng)的詳細設(shè)備清單。</p><p><

6、;b>　　日程安排：</b></p><p>　　1、（3周）畢業(yè)實習(xí)。要求：上網(wǎng)、找書、看雜志，收集課題的有關(guān)資料。</p><p>　　2、（4-5周）方案設(shè)計，確定總體方案，寫開題報告，開題。</p><p>　　3、（6-8周）選擇硬件，完成原理圖設(shè)計及軟件流程圖設(shè)計。</p><p>　　4、（9周，10周）軟硬件

7、調(diào)試。</p><p>　　5、（12周）完成論文初稿。</p><p>　　6、（13-14周）撰寫論文。</p><p>　　7、（15-16周）答辯準備及畢業(yè)答辯。（答辯時間最后以學(xué)院通知為準）。</p><p>　　四、主要參考文獻和書目</p><p>　　[1]周立功. ARM與嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京：北

8、京航空航天大學(xué)出版社.2004.</p><p>　　[2]文漢云.吳修德。基于無線通訊技術(shù)的傳感器系統(tǒng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用.北</p><p>　　京：自動化與儀器儀表.2005，（1）</p><p>　　[3]哈爾濱高訊通科技有限公司.nRF905技術(shù)手冊.Single chip 433/868/915 MHZ Transceiver[Z].2000</p

9、><p>　　[4]鮑華。吳促城，申飛.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點設(shè)計.合肥，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。230026</p><p>　　[5]陳雄，杜以書，唐國新，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 上海：旦大學(xué)電子工程系智能控制研究室。2004332007.</p><p>　　[6]孫雨耕，張靜，孫永進，房朝暉.無線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2004. </p

10、><p>　　[7]李建中，李金寶，石勝飛.傳感器網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)管理的概念、問題與進展[J].2003版社，2000.</p><p>　　[8]肖健，呂愛琴，陳吉忠等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的關(guān)鍵性問題｛J｝.自傳感器世界.2004,10（7）：45～47.</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： </p><p>　　2011年3月15

11、 日</p><p>　　注：本表可自主延伸，各專業(yè)根據(jù)需要調(diào)整。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　介紹基于ARM微控制器的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計方案。給出了以ARM7系列LPC2214芯片為核心的硬件設(shè)計的原理框圖，詳細闡述了紅外傳感電路、射頻通訊電路、外圍接口電路的設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸流程。該傳感器節(jié)點具有配置簡單、

12、擴展方便、可靠性高的特點。傳感器網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用，它是目前信息領(lǐng)域的一個熱點，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對它的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用前景非?？春谩Ｗ詣优渲玫臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在大范圍內(nèi)用于收集、處理和發(fā)布復(fù)雜的環(huán)境數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元是節(jié)點，節(jié)點是一個微型的嵌入式系統(tǒng)，它通過攜帶能量有限的電池或者利用自然條件等供電方式，實現(xiàn)對所采集或接收的數(shù)據(jù)進行處理、存儲或發(fā)送。每個傳感器節(jié)點具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的終端和路由的雙重功

13、能，除了進行本地信息搜集和數(shù)據(jù)處理外，還要對其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進行存儲、管理和融合等處理，同時與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ARM：微處理器LPC2214；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點設(shè)計；</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Based on ARM micro controll

14、er introduced the sensor network node design scheme. Is given based on ARM7 series LPC2214 chips for the core of hardware design, this paper expounds the principle diagram infrared sensor circuit, rf communications circu

15、it, peripheral interface circuit design and data transmission process. The sensor node configuration simple, expand with convenient, the reliability high characteristic. Sensor network can realize the data acquisition qu

16、antization, processing fusion and</p><p>　　Keywords: ARM: microprocessor LPC2214; Wireless sensor network; Node design;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p>

17、;<p>　　1.1 引言- 1 -</p><p>　　1.2 課題研究現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　　1.2.1國外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　　1.2.2國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀- 2 -</p><p>　　1.2.3總體現(xiàn)狀分析- 3 -</p><p&g

18、t;　　1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用- 5 -</p><p>　　1.4 發(fā)展趨勢- 8 -</p><p>　　1.5 本文研究主要內(nèi)容- 8 -</p><p>　　1.6本章小結(jié)- 9 -</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計- 10 -</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件組成- 10 -&

19、lt;/p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件器件- 10 -</p><p>　　2.2.1 LPC2214- 10 -</p><p>　　2.2.2 L298N- 13 -</p><p>　　2.2.3 nRF905- 15 -</p><p>　　2.2.5 LED顯示器- 19 -</p>&

20、lt;p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計- 21 -</p><p>　　3.1 近距離紅外傳感器系統(tǒng)設(shè)計- 21 -</p><p>　　3.2 電機驅(qū)動電路的設(shè)計- 22 -</p><p>　　3.3 無線射頻通訊電路的設(shè)計- 22 -</p><p>　　3.4 時鐘電路- 23 -</p><p>

21、　　3.5復(fù)位電路- 24 -</p><p>　　3.6顯示電路- 25 -</p><p>　　3.7報警電路- 26 -</p><p>　　3.8本章小結(jié)- 27 -</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計- 28 -</p><p>　　4.1 節(jié)點地址編碼與數(shù)據(jù)通訊格式設(shè)計- 30 -<

22、/p><p>　　4.2 節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸流程設(shè)計- 31 -</p><p>　　4.3系統(tǒng)模擬- 31 -</p><p>　　4.4本章小結(jié)- 33 -</p><p>　　第五章 結(jié)論及展望- 34 -</p><p>　　參考文獻- 35 -</p><p><b>　　附

23、錄- 37 -</b></p><p><b>　　致謝- 40 -</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　隨著通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，

24、如科學(xué)勘查、情報收集、安全監(jiān)控等。不管是工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是網(wǎng)絡(luò)通信，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都越來越被重視，同時，隨著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是ARM系統(tǒng)的快速發(fā)展，高檔微處理器被逐漸應(yīng)用于各種通訊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，尤其是實時性要求高的通訊領(lǐng)域。ARM微處理器應(yīng)用于傳感器節(jié)點中，可以簡化硬件設(shè)計，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊能力和數(shù)據(jù)存儲能力。為了實現(xiàn)商業(yè)價值、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)效率、深化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，我們提出了這個課題：基于ARM的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)

25、計。</p><p>　　1.2 課題研究現(xiàn)狀</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有重要的科研價值和廣泛的應(yīng)用前景，它的出現(xiàn)引起了全世界的廣泛關(guān)注，被公認為是21 世紀產(chǎn)生巨大影響的技術(shù)之一。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究歷史不長，但發(fā)展很快。</p><p>　　1.2.1國外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1998年美國國防部就提出了

26、“智能塵埃”的概念，其目的在于監(jiān)控敵方的活動情況而不被察覺。美國軍方最先開始無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，包括CEC、REMBASS、Sensor IT、WINS、Smart Dust等研究項目。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學(xué)進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)。美國陸軍2001年提出了“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信“計劃。目標是建設(shè)一個通用通信基礎(chǔ)設(shè)施，支援前方部署，將無人值守式彈藥、傳感器和未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)所用的機器人系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)，以便成

27、倍地提高單一傳感器的能力，從而提高未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的生存能力[7]。2002年10月，英特爾公司發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計算發(fā)展規(guī)劃”，該規(guī)劃主要致力于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火、海底板塊和行星探測等領(lǐng)域的應(yīng)用。同年歐盟提出了一項為期三年的EYES(自組織和協(xié)作有效能量的傳感器網(wǎng)絡(luò))計劃，研究的范圍包括分布式信息處理、無線通信等。該項目研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架、節(jié)點的協(xié)作、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全等。</p>&l

28、t;p>　　美國科學(xué)基金委員會2003年制定了WSN研究計劃，每年撥款3400萬美元資助無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項目，其研究領(lǐng)域涉及能感知有毒化學(xué)物、生物攻擊等的傳感器節(jié)點、分布環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性，以及如何有效利用獲得的數(shù)據(jù)進行分析決策等問題。2005年對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的研究計劃中，主要研究下一代高可靠、安全的可擴展的網(wǎng)絡(luò)、可編程的無線網(wǎng)絡(luò)及傳感器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性，資助金額達4000萬美元。此外，美國交通部、能源部、美國國家航空航天局也相

29、繼啟動了相關(guān)的研究項目。美國所有著名院校幾乎都有研究小組在從事WSN相關(guān)技術(shù)的研究。</p><p>　　加拿大、英國、德國、芬蘭、日本和意大利等國家的研究機構(gòu)也加入了WSN 的研究。加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、哈佛大學(xué)等在WSN 研究領(lǐng)域成績較為突出。國際相關(guān)學(xué)術(shù)會議中對WSN 的研討增多，檢索論文數(shù)目逐年以較大幅度增加。企業(yè)界，歐盟的Philips、Siemens、Eri

30、csson、ZMD、France Telecom、Chipcon等公司；日本的NEC、OKI、Sky2、leynetworks、世康、歐姆龍等公司都開展了WSN的研究。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達國家同步啟動，首次正式出現(xiàn)于1999 年中國科學(xué)院《知識創(chuàng)新工程試點領(lǐng)域方向研究》的“信息與

31、自動化領(lǐng)域研究報告“中。2001 年中國科學(xué)院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心，旨在引領(lǐng)中科院WSN的相關(guān)工作。國內(nèi)的一些科研單位和大學(xué)，如清華大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動化所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、和黑龍江大學(xué)從2002 年開始分別在時間同步與定位、傳感器數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)方面開展了研究工作。重慶大學(xué)也在同一時間開始研究嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、可重構(gòu)技術(shù)、無線傳感器中的定位等技術(shù)。2004 年，中國國家自然科學(xué)基金委員將一項無線傳感器網(wǎng)絡(luò)項

32、目(面上傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論) 列為重點研究項目。2005 年，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)列入計劃。2006 年將水下移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)列為重點研究項目。國家發(fā)改委下一代互聯(lián)網(wǎng)(CNGI)示范工程中，也部署了WSN 相關(guān)的課題。</p><p>　　在一份我國未來20年預(yù)見技術(shù)的調(diào)查報告中，信息領(lǐng)域157項技術(shù)課題中有7項與傳感器網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)。2006年初發(fā)布的《國家中長期

33、科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》為信息技術(shù)定義了3個前沿方向，其中2個與WSN的研究直接相關(guān)，即智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我國2010年遠景規(guī)劃和“十五”計劃中，將WSN列為重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>　　1.2.3總體現(xiàn)狀分析</p><p>　　目前對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點主要集中于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議的開發(fā)應(yīng)用上。網(wǎng)絡(luò)本身主要集中在三個方面的關(guān)鍵技術(shù)上：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)

34、、網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議上研究重點是數(shù)據(jù)鏈路層MAC協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層路協(xié)議的研究；在網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)層，主要研究收集數(shù)據(jù)的管理、節(jié)能問題的解決以及網(wǎng)絡(luò)通信安全的實現(xiàn)；在網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)層，主要研究點節(jié)點定位問題的解決、時間同步技術(shù)的實現(xiàn)以及用戶應(yīng)用接口的實現(xiàn)。</p><p><b>　　1、MAC協(xié)議</b></p><p>　　MAC 協(xié)議直接控制射頻模塊，對節(jié)點功耗有

35、重要影響，而射頻模塊是節(jié)點中最大的耗能部件，因此到目前為止，能源效率是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC 層協(xié)議最主要的設(shè)計目標[10]。最近幾年研究MAC 協(xié)議取得的成果可以將其分為三類：</p><p>　　(1)利用時分復(fù)用(TDMA)的MAC 協(xié)議；</p><p>　　(2)通過頻分復(fù)用(FDMA)或者碼分復(fù)用(CDMA)的方式的MAC 協(xié)議；</p><p>　　(3

36、)通過無線信道的隨機競爭機制的MAC 協(xié)議。</p><p>　　這幾類比較常見的MAC 協(xié)議，主要是利用節(jié)點在沒有數(shù)據(jù)收發(fā)時，關(guān)閉射頻模塊，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，從而降低工作占空比，減少串擾和空閑偵聽帶來的能量浪費，代價是增加延遲和降低系統(tǒng)的吞吐率。</p><p>　　其他類型的MAC 協(xié)議如：SMACS 和EAR 協(xié)議,基本思想是為每對鄰居節(jié)點分配一個特有頻率進行數(shù)據(jù)傳輸, SMACS 協(xié)議

37、主要用于靜止節(jié)點間鏈路的建立，而EAR 協(xié)議則用于建立少量運動節(jié)點與靜止節(jié)點之間的通信鏈路。</p><p>　　目前，MAC 協(xié)議在降低功耗方面主要采用的方法有減少數(shù)據(jù)流量，增加射頻模塊休眠時間和沖突避免等。其中，減少數(shù)據(jù)流量是最根本的解決方案，目前主要靠在網(wǎng)絡(luò)層或者在數(shù)據(jù)鏈路層上增加一個數(shù)據(jù)融合層來實現(xiàn)。但在MAC 層是否能夠進行數(shù)據(jù)融合以及如何進行數(shù)據(jù)融合是目前研究較少的領(lǐng)域，還沒有成熟的研究成果。隨著相關(guān)

38、技術(shù)的發(fā)展和成熟化，諸如可靠性、實時性、移動性等要求會在未來的研究中體現(xiàn)得更明顯。</p><p><b>　　2、路由協(xié)議</b></p><p>　　路由協(xié)議的主要任務(wù)是在傳感器節(jié)點和sink 節(jié)點間建立路由，可靠地傳遞數(shù)據(jù)。其首要設(shè)計原則是節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的生存期。協(xié)議不能太復(fù)雜、不能在節(jié)點保存太多的狀態(tài)信息、節(jié)點間不能交換太多的路由信息；同時應(yīng)盡量避免發(fā)

39、送冗余信息，減少能量的浪費。最近幾年比較新的路由協(xié)議可歸為以下幾種：</p><p>　?。?）能量感知路由：是最早提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機制之一，節(jié)點的可用能量就是節(jié)點當前的剩余能量。如Rahul C. Shah 等人提出的一種能量多路徑路由機制，該機制在源節(jié)點和目的節(jié)點之間建立多條路徑，根據(jù)路徑上節(jié)點的通信能量消耗和剩余能量情況，給每條路徑賦予一定的選擇概率，使得數(shù)據(jù)傳輸均衡消耗整個網(wǎng)絡(luò)的能量，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生

40、存期。</p><p>　?。?）以數(shù)據(jù)為中心的路由：定向擴散路由協(xié)議是一種典型的以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議，與基于地址的路由協(xié)議不同，節(jié)點不再有全局惟一地址，而代之以觀測數(shù)據(jù)的屬性。數(shù)據(jù)用特定的描述方式命名，數(shù)據(jù)傳送基于數(shù)據(jù)查詢并依賴數(shù)據(jù)命名，所有的數(shù)據(jù)通信都限制在局部范圍內(nèi)。</p><p>　　（3）洪泛式路由：典型算法Flooding，這種協(xié)議不需要維護網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和路由計算，接收到

41、消息的節(jié)點以廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包給所有的相鄰節(jié)點。</p><p>　?。?）基于地理位置的路由：典型算法如GEAR。此類協(xié)議假定每個節(jié)點都知道自己的地理位置以及目標節(jié)點的地理位置，將節(jié)點分為不同的域，把查詢信息或者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給需要的地域，縮減了傳送范圍，從而延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。</p><p>　　近年來又有許多新的路由協(xié)議被提出，如用流量優(yōu)化的方法來為采樣數(shù)據(jù)選擇路由，將MAC層和路由層協(xié)議

42、進行捆綁設(shè)計，用跨層優(yōu)化技術(shù)來進一步節(jié)省功耗等等。雖然取得了一些進展，但目前仍然有很多關(guān)鍵問題未解決，如節(jié)能與通信服務(wù)質(zhì)量的平衡、面向應(yīng)用的路由協(xié)議、安全路由協(xié)議等問題。</p><p><b>　　3、節(jié)能</b></p><p>　　由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布眾多、覆蓋范圍大、工作環(huán)境復(fù)雜，通過更換電池來延長網(wǎng)絡(luò)工作壽命的方法是不現(xiàn)實的。對于整個傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，必須在

43、設(shè)計時就充分考慮節(jié)能問題，使得節(jié)點生存時間長達數(shù)月甚至數(shù)年，以盡可能少的能量完成盡可能多的任務(wù)。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)在MAC協(xié)議的設(shè)計上會以吞吐量、公平性和時延作為設(shè)計要點，而對于受到能源限制的無線傳感網(wǎng)絡(luò)而言，服務(wù)質(zhì)量并不是首要的考慮因素，反而會因為節(jié)約能量而犧牲服務(wù)質(zhì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中十分有效。將數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)答和網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)答靈活地結(jié)合起來便可實現(xiàn)滿足性能要求的傳輸層功率，并達到期望的功耗水平。</p><p>　　在目前對

44、于節(jié)能問題的研究進展中，休眠機制是節(jié)省能源的最有效的方式之一。由于傳感器節(jié)點監(jiān)測事件的偶發(fā)性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下，此時即可啟用休眠模式，能自適應(yīng)的休眠和喚醒，進行突發(fā)工作，節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機組合，形成不同狀態(tài)，讓傳感器節(jié)點能根據(jù)需要在不同狀態(tài)間切換。另外根據(jù)負載狀態(tài)動態(tài)調(diào)節(jié)供電電壓，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，也可達到節(jié)省能量的功效?？傊?，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用各種方法降低耗電量非常必要。</p&g

45、t;<p><b>　　4、節(jié)點定位</b></p><p>　　節(jié)點定位是指確定傳感器節(jié)點的相對位置或絕對位置，節(jié)點所采集到的數(shù)據(jù)必須結(jié)合其在測量坐標系內(nèi)的位置信息才有意義。目前人們提出了兩類節(jié)點定位算法：基于測量距離的定位算法與測量距離無關(guān)的定位算法。基于距離的定位方法首先使用測距技術(shù)測量相鄰節(jié)點間的實際距離或方位，然后使用三角計算、三邊計算、極大似然估計等方法進行定位。與

46、測量距離無關(guān)的定位算法主要包括：APIT、質(zhì)心算法、DV-Hop、Amorphous等。</p><p>　　目前為止，節(jié)點定位問題的研究還很不完善，基于測量距離的定位方法需要附加的硬件設(shè)備，與測量距離無關(guān)的定位方法精度低。GPS技術(shù)是最為流行的一種絕對位置定位技術(shù)，但是由于成本、功耗、擴展性的問題不可能廣泛使用。一般采用的方法是少數(shù)節(jié)點預(yù)先配置或者通過GPS得知自身位置信息而作為信標節(jié)點，其他節(jié)點依靠信息計算出

47、自身的絕對位置。當前主要的研究難點是如何預(yù)先擺放一些信標節(jié)點，使得普通節(jié)點的隨機擺放可以取得更好效果。另外，定位精度評估、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)對定位的影響等問題也有待于進一步解決。</p><p><b>　　5、網(wǎng)絡(luò)安全</b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多用于軍事、商業(yè)領(lǐng)域，安全性是其重要的研究內(nèi)容。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點隨機部署、網(wǎng)絡(luò)拓撲的動態(tài)性以及信道的不穩(wěn)定性

48、，使傳統(tǒng)的安全機制無法適用。因此需要設(shè)計新型的網(wǎng)絡(luò)安全機制?？山梃b擴頻通信、接入認證/鑒權(quán)、數(shù)據(jù)水印、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)SPINS 安全框架的機密性、點到點的消息認證、完整性鑒別、新鮮性、認證廣播方面定義了完整有效的機制和算法。安全管理方面目前以密鑰對模型、基于多項式的密鑰對模型等是目前最具有代表性的算法。</p><p>　　WSN安全問題的研究工作相對較少，還存在著很多挑戰(zhàn)性的問題，如安全路由方法

49、、安全網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、低能耗加密方法、入侵模型和入侵抵御方法、支持新節(jié)點加入的密鑰預(yù)分配技術(shù)等等問題。</p><p>　　1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用</p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約，還有待時日，但是最近幾年，隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域： <

50、/p><p>　　（1)軍事應(yīng)用    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究最早起源于軍事領(lǐng)域。由于其具有可快速部署、自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍地形和兵力布防及裝備的偵察、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、定位攻擊目標、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測和搜索等功能。    在戰(zhàn)場中，指揮員往往需要及時、準確地了解敵我人員、武器裝備、通信和軍用物資供給的情況

51、。通過隨機撤播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量傳感器節(jié)點密集地散布于預(yù)定區(qū)域，收集該區(qū)域內(nèi)有價值的信息，并通過匯聚節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送至指揮所，也可經(jīng)由衛(wèi)星信道轉(zhuǎn)發(fā)到指揮部，最后融合來自各戰(zhàn)場的數(shù)據(jù)形成我軍完備的戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢圖。在戰(zhàn)爭中，對沖突區(qū)和軍事要地的監(jiān)視也是至關(guān)重要的：通過布設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以方便地監(jiān)控我軍布防的陣地是否有敵軍入侵，或是以更為隱蔽的方式近距離地觀察敵方的布防；當然，也可以直接將傳感器節(jié)點撤向敵方陣地，在敵方還未來得及反

52、應(yīng)時迅速收集有關(guān)作戰(zhàn)信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為火控和制導(dǎo)系統(tǒng)提供準確的目標定位信息。在生物和化學(xué)戰(zhàn)中，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及時、準確地探測爆炸中心將會為我軍提供寶貴的反應(yīng)時間，從而最大可能地減小傷亡。作為C“ISRT系統(tǒng)</p><p>　?。?）環(huán)境應(yīng)用    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其部署簡單、布置密集、低成本和無需現(xiàn)場維護等優(yōu)點為環(huán)境科學(xué)研究的數(shù)據(jù)獲取提供了方便，因而可廣泛應(yīng)用于氣象和地

53、理研究、自然和人為災(zāi)害(如洪水和火災(zāi))監(jiān)測、監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更、牲畜和家禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測；還可以通過跟蹤珍稀鳥類、動物和昆蟲進行瀕危種群的研究等。    在美國的ALERT計劃中，研究人員開發(fā)了數(shù)種傳感器來分別監(jiān)測降雨量、河水水位和土壤水分，他們通過預(yù)定義的方式向中心數(shù)據(jù)庫提供信息，并依此預(yù)測暴發(fā)山洪的可能性。類似地，對于森林火災(zāi)的監(jiān)測，可以將傳感器節(jié)點隨機密布于森林之中。當

54、發(fā)生火災(zāi)時，這些節(jié)點會協(xié)同工作，在很短的時間內(nèi)將火源的具體地點、火勢的大小等信息傳回給有關(guān)部門。</p><p>　　(3)醫(yī)療應(yīng)用    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所具備的自組織、微型化和對周圍區(qū)域的感知能力等特點，決定了它在檢測人體生理數(shù)據(jù)、降狀況、醫(yī)院藥品管理以及遠程醫(yī)療等方面可以發(fā)揮出色的作用，因而在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。    如果在住院病人身上安

55、裝特殊用途的傳感器節(jié)點，如心率和血壓監(jiān)測設(shè)備，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，遠端的醫(yī)生就可以隨時了解被監(jiān)護病人的病情，進行及時處理。還可以利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)長時間地收集人體的生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在研制新藥品的過程中非常有用。在藥品管理方面，將傳感器節(jié)點按藥品種類分別放置，計算機系統(tǒng)即可幫助辨認所開的藥品，從而減小病人用錯藥的可能性。在SSIM(5mart Sensors and Integrated Microsystems)項目中，100個微型傳

56、感器被植入病人眼中，從而幫助盲人獲得了一定程度的視覺。    科學(xué)家還創(chuàng)建了一個“智能醫(yī)療之家”，即一個5間房的公寓住宅，使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來測量居住者的重要生命體征(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況，所搜集的數(shù)據(jù)被用于開展相應(yīng)的醫(yī)療研究。    哈佛大學(xué)的一個研究小組利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一</p><p>　　（4）家庭應(yīng)

57、用    嵌入家具和家電中的傳感器與執(zhí)行單元組成的無線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接在一起，能夠為人們提供更加舒適、方便和具有人性化的智能家居環(huán)境。用戶可以方便地對家電進行遠程監(jiān)控，如在下班前遙控家里的電飯鍋、微波爐、電話機、錄像機、電腦等家電，按照自己的意愿完成相應(yīng)的煮飯、燒萊、查收電話留言、選擇電視節(jié)目以及下載網(wǎng)絡(luò)資料等工作。    在家居環(huán)境控制方面，將傳感器節(jié)點放在家庭里

58、不同的房間，可以對各個房間的環(huán)境溫度進行局部控制。此外，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以監(jiān)測幼兒的早期教育環(huán)境，跟蹤兒童的活動范圍，讓研究人員、父母或是老師全面地了解和指導(dǎo)兒童的學(xué)習(xí)過程。</p><p>　　(5)工業(yè)應(yīng)用    自組織、微型化和對外部世界的感知能力，決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域大有作為。它包括車輛的跟蹤、機械的故障診斷、建筑物狀態(tài)監(jiān)測等。  

59、60; 將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和RUD(無線射頻識別標簽，簡稱“電子標簽”)技術(shù)融合是實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的絕好途徑。通過傳感器節(jié)點的探測可以得到實時的交通信息，如車輛的數(shù)量、長度、道路擁塞程度等；通過車載主動式的RFID可以得到每輛車的精確信息，如車輛的編號、證號、車型以及車主的相關(guān)信息等。將這兩個信息融合，就可以全面掌握交通信息，并根據(jù)需要查詢、追蹤某車輛。    在一些危險的工作環(huán)境，如煤礦、石油鉆井、核電廠

60、等。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以探測工作現(xiàn)場有哪些員工、他們在做什么以及他們的安全保障等重要信息。</p><p>　　(6)其他應(yīng)用    在太空探索方面，借助于航天器在外星體上撤播一些傳感器節(jié)點可以實現(xiàn)對星球表面長期的監(jiān)測，這是目前最為經(jīng)濟可行的探測方案。美國國家航空與航天局(NASA)的JPI‘實驗室正在研制的Sensor Webs計劃就是為火星探測進行技術(shù)準備，并已經(jīng)在佛羅里達宇航

61、中心周圍的環(huán)境監(jiān)測項目中進行測試和進一步完善。    德國某研究機構(gòu)正在利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為足球裁判研制一套輔助系統(tǒng)，以降低足球比賽中越位和進球的誤判率。    在商務(wù)方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于物流和供應(yīng)鏈的管理。在倉庫的每件存貨中安置傳感器節(jié)點，管理員可以方便地查詢到存貨的位置和數(shù)量。在增加存貨時，管理員只需在存貨中安置相應(yīng)的傳感器節(jié)點；在日常的管理中，管理員可以在控制室

62、實時監(jiān)測每件存貨的狀態(tài)。    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大型工程項目、防范大型災(zāi)害方面也有著良好的應(yīng)用前景。以我國西氣東輸及輸油管道的建設(shè)為例，由于這些管道在很多地方都要穿越大片無人煙的地區(qū)，這些地方的管道監(jiān)控一直都是難題。如果無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，僅西氣東輸這樣一個工程就可能節(jié)省上億元的資金。2005年，印度洋海嘯之后，世界各國領(lǐng)導(dǎo)人在印尼雅加達舉</p><p><b>　

63、　1.4 發(fā)展趨勢</b></p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為國際上諸多機構(gòu)研究的熱點，隨著小規(guī)模的廣泛投入使用，大規(guī)模動態(tài)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將更具重要的科研價值和廣泛的應(yīng)用前景。但是從國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用還不成熟，仍存在著很大的研發(fā)空間。相信在不久的將來，隨著相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會滲透到社會的每個角落，得到充分的應(yīng)用?？偟膩碚f，未來傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要有以

64、下幾個方向：</p><p>　　節(jié)點微型化：利用現(xiàn)在的微機電、微無線通信技術(shù)，設(shè)計微體積、長壽命</p><p>　　的傳感器傳節(jié)點是一個重要的研究。伯克得大學(xué)研制的塵埃傳感器節(jié)點，把傳感器的大小降低到一個立方毫米，使這些傳感器顆?？梢詰腋≡诳罩小?lt;/p><p>　　尋求系統(tǒng)節(jié)能策略：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場合時，電源不可更換，因此功耗問題上已經(jīng)取得了很大的研

65、究成果，提出了一些低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，未來將會取得更大的進步。</p><p>　　低成本：由于傳感器網(wǎng)絡(luò) 的節(jié)點數(shù)量非常大，往往是成千上萬個。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達到實用化，要求每個節(jié)點的價格控制在1美元以下，而現(xiàn)在每個傳感器節(jié)點的行人大約在80美元左右。如果能夠有效地降低節(jié)點的成本，將會大推動傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展</p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題和抗干擾問題：與普通的網(wǎng)絡(luò)一樣，傳

66、感器網(wǎng)絡(luò)同樣也面臨著安全性的考驗，即如何利用較少的能量和較小的計算量來完成數(shù)據(jù)加密、身份誰等。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)，也是一個重要的研究課題。</p><p>　　節(jié)點的自動配置：未來將著重于研究如何將大量的節(jié)點按照一定的規(guī)則組成一個網(wǎng)絡(luò)。當其中某些岻哩，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速找到這些節(jié)點，并且不影響到網(wǎng)絡(luò)的正常使用。配置冗余節(jié)點是必要的。 </p><p>　　1.5 本文

67、研究主要內(nèi)容</p><p>　　(1) 基于ARM7系統(tǒng) LPC2214的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計的總體方案設(shè)計。</p><p>　　(2) 系統(tǒng)硬件設(shè)計。基于移動節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡(luò)工作原理是：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一守數(shù)量的傳感器節(jié)點組成，傳感區(qū)域內(nèi)用一個基站（計算機）管理整個網(wǎng)絡(luò)，存儲各個傳感器節(jié)點的輸入數(shù)據(jù)，節(jié)點數(shù)據(jù)經(jīng)一守的路由后傳輸?shù)交尽鞲衅鞴?jié)點分為靜態(tài)節(jié)點和移動節(jié)點，靜態(tài)節(jié)點構(gòu)成傳

68、感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在配置后，自身不能改變所處位置，感知范圍固定，由于能耗等容易使節(jié)點脫離網(wǎng)絡(luò)，改變原有的網(wǎng)絡(luò)拜年結(jié)構(gòu)，以致造成信息不能按原有路徑傳輸，移動傳感器節(jié)點具有可移動性、存儲量大等優(yōu)勢，可動態(tài)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，從而保障網(wǎng)絡(luò)的通訊功能，移動節(jié)點進入傳感器區(qū)域后，發(fā)送射頻信號，激活各靜態(tài)節(jié)點后建立鏈接，各節(jié)點以自己節(jié)點地址編碼依次將數(shù)據(jù)傳輸給移動傳感器節(jié)點，最終傳輸?shù)交?。因而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用移動傳感器節(jié)點，可以提升網(wǎng)絡(luò)性能，保障通訊能力。

69、</p><p>　　(3) 系統(tǒng)軟件設(shè)計?；谝苿庸?jié)點的傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個移動節(jié)點和靜態(tài)節(jié)點組成，每個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中必須有唯一的地址編碼和特定的數(shù)據(jù)傳輸格式。</p><p>　　(4) 采取多種抗干擾措施，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。</p><p><b>　　1.6本章小結(jié) </b></p><p>　　本章主要介紹了

70、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義及應(yīng)用，詳細地講述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，通過對理論與實踐的分析，預(yù)測未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，隨著科技的進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向智能化、微型化、安全化發(fā)展，將更大的促進工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)硬件組成</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件

71、平臺以ARM7系統(tǒng) LPC2214微處理器為核心，硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　本系統(tǒng)以ARM7 LPC2214處理器為控制核心，采用無線傳感器、通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行整體的設(shè)計。該系統(tǒng)可分為時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、電機驅(qū)動電路、無線射頻通訊電路、顯示電路、近距離紅外傳感器電路、控制電路和報警電路。選用的主要器件有LPC2214, L298N, nRF904, SP708S

72、等。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件器件</p><p>　　本系統(tǒng)選用的主要器件有LPC2214, L298N, nRF904, SP708S等。下面給出各器件的詳細的介紹。</p><p>　　2.2.1 LPC2214</p><p>　　LPC2212/LPC2214是一款基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實時仿真和跟

73、蹤的CPU,并帶有128/256 k字節(jié)(k )嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼 規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。     LPC2212/LPC2214采用144腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、8路10位ADC、PWM輸出以及多達9個的外部

74、中斷，這款微控制器特別適合工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、收款機控制等應(yīng)用領(lǐng)域。其可用GPIO范圍為76腳(外部存儲區(qū))到112腳(單片).由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟件調(diào)制解調(diào)器以及其它各種類型的應(yīng)用。特性：16/32位ARM7TDMI-S核，LQFP144封裝；16kB片內(nèi)SRAM；128/256kB片內(nèi)Flash程序存儲器，128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達60 MHz工作頻率；可加

75、密：全球首個實現(xiàn)可加密的ARM微控制器；  多個串行接口，包括雙UART(1</p><p>　　管腳圖2-2如下所示：</p><p>　　AHB外設(shè)分配了2MB的地址范圍，它位于4GB ARM存儲器空間的最頂端。每個AHB外設(shè)都分配了16KB的地址空間。LPC2214的外設(shè)功能（中斷控制器除外）都連接到VPB總線。AHB到VPB的橋?qū)PB與AHB總線相連。VPB外高也分配

76、了2MB的地址滿園，從3.5GB地址點開始。每個VPB外設(shè)在VPB地址空間內(nèi)都分配了16KB地址空間。片內(nèi)外設(shè)與器件引腳的連接由引腳連接模塊控制。軟件可以通過控制該模塊讓引腳與特定的內(nèi)外設(shè)相連。LPC2214結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 LPC2214結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2.2 L298N</p><p>　　恒壓恒流橋式2A

77、驅(qū)動芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multi watt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。</p><p>　　L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。</p><p>

78、　　L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5 A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA、E

79、nB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。圖2-4是L298N的功能邏輯圖；</p><p>　　2.2.3 nRF905</p><p>　　1 nRF905特性：</p><p>　　nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6V， 32引腳QFN封裝(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三個ISM(工

80、業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。 nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， Shock Burst TM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以- 10dBm的輸出功率發(fā)射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。nRF905適用于

81、無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無需用戶對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。芯片結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：（本文由 點夢時刻 www.dreamoment.com 傾情奉獻）</p><p>　　2工作模式如表2-1：</p>&l

82、t;p>　　nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。 （1）ShockBurstTM模式與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號處理都在nRF905片內(nèi)進行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中

83、高速發(fā)送，因此中間有很長時間的空閑，這很有利于節(jié)能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM 接收模式下，當一個包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動產(chǎn)生字頭和CRC校驗碼，當發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分

84、析可知，nRF905的 ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲器和微控制器資源，同時也減小了編寫程序的時間。下面具體詳細分析nRF</p><p>　　發(fā)送流程:典型的nRF905發(fā)送流程分以下幾步：A. 當微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協(xié)議和器件配置時確定；B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發(fā)nRF9

85、05的ShockBurstTM發(fā)送模式；C. nRF905的ShockBurstTM發(fā)送：l 射頻寄存器自動開啟；l 數(shù)據(jù)打包(加字頭和CRC校驗碼)；l 發(fā)送數(shù)據(jù)包；l 當數(shù)據(jù)發(fā)送完成，數(shù)據(jù)準備好引腳被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發(fā)，直到TRX_CE被置低；E. 當TRX_CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成，自動進入空閑模式。ShockBurstTM工作模式保證，一旦發(fā)送數(shù)據(jù)的過程開始

86、，無論TRX_EN和TX_EN引腳是高或低，發(fā)送過程都會被處理完。只有在前一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送完畢，nRF905才能接受下一個發(fā)送數(shù)據(jù)包。接收流程:A. 當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；B. 650us后，nRF905不斷監(jiān)測，等待接收數(shù)據(jù)；C</p><p>　　SP708S +3.0V/+3.3V低功耗微處理器監(jiān)控電路。</p><

87、;p>　　SP708R/S/T系列屬于微處理器（uP）監(jiān)控器件。其集成有眾多組件，可監(jiān)測uP及數(shù)字系統(tǒng)中的供電及電池的工作情況。由于以上眾多組件的使用，SP706P /S/R/T，SP708R/S/T系列可有效地增強系統(tǒng)的可靠性及工作效率。SP706P/S/R/T，SP708R/S/T系列包含一個看門狗定時器，一個uP復(fù)位模塊，一個供電失敗比較器，及一個手動復(fù)位輸入模塊。SP706P/S/R/T，SP708R/S/T系列適用于+3

88、.0V或+3.3V環(huán)境，如計算機，汽車系統(tǒng)，控制器，及其他一些智能儀器。對于對電源供電要求嚴格的u P系統(tǒng)/數(shù)字處理系統(tǒng)，SP706P/R/S/T，SP708R/S/T系列是一款非常理想的選擇。（本文由 點夢時刻 www.dreamoment.com 傾情奉獻）</p><p><b>　　特性 ：</b></p><p>　?。?）高精度低電壓監(jiān)控器： </p

89、><p>　　（2）2.93V下的SP708S </p><p>　?。?）3.08V下的SP708T </p><p>　?。?）復(fù)位脈沖寬度200ms； </p><p>　?。?）獨立的看門狗定時器-溢出周期1.6s（SP706P/S/R/T）； </p><p>　?。?）最大電源電流40uA； </p>

90、;<p>　?。?）去抖TTL/CMOS手動復(fù)位輸入； </p><p>　?。?）Vcc下降至1V時產(chǎn)生RESET信號； </p><p>　?。?）RESET輸出： </p><p>　?。?0）SP708R/S/T 支持高/低電平兩種方式； </p><p>　?。?1）WDI可以保持為浮空，以禁止看門狗功能； </

91、p><p>　?。?2）內(nèi)置Vcc干擾抑止電路； </p><p>　　（13）提供8引腳PDIP，NSOIC及uSOIC封裝； </p><p>　?。?4）電壓監(jiān)控器，可監(jiān)控供電失敗或電池電壓不足； </p><p>　?。?5）708R/S/T引腳兼容性增強以符合工業(yè)標準； </p><p>　　SP708R/S/T

92、系列提供4個關(guān)鍵功能： </p><p>　　1. 在上電，下電及掉電情況下復(fù)位輸出。</p><p>　　2. 如果看門狗輸入引腳在1.6S內(nèi)沒有接收到一個信號，一個獨立的看門輸出將為低。</p><p>　　3. 一個1.25V的閥值檢測器供電失敗警告，低電池檢測?；虮O(jiān)控一個非+3.3V/+3.0V的電源。</p><p>　　4. 一個

93、低電平手動復(fù)位允許外部按鍵開關(guān)產(chǎn)生RESET信號。</p><p>　　2.2.5 LED顯示器</p><p>　　LED(Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，

94、其發(fā)光效率可超過150lm/W（2010年）。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進行對比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/W，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/W，壽命小于8000小時，T5熒光燈則為96lm/W，壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED光效可以超過150lm/W，壽命可大于100000小時。有人還預(yù)測，未來的LED壽命上限將無窮大。 </p><p&

95、gt;　　大功率，指發(fā)光功率大，一般指0.5W，1W 3W 5W或更高的。光強與流明是比小功率大，但同樣散熱也很大，現(xiàn)在大功率都是單顆應(yīng)用，加很大的散熱片。小功率一般是0.06W左右的。現(xiàn)在LED手電一般是用小功率用的，光散不散，取決于LED的發(fā)光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手電筒一般是用草帽頭做的。效果很好?，F(xiàn)在就擔心有些廠家不重質(zhì)量，拿的次品LED做電筒，用不了多久就有死燈。</p>&l

96、t;p>　　LED的亮度是跟LED的發(fā)光角度有必然關(guān)系的,LED的角度越小它的亮度越高,沒有什么超亮不超亮的,那是騙小孩的,如果是質(zhì)量好的LED不管是哪家LED廠家生產(chǎn)的大家的亮度都差不多的,只是生產(chǎn)工藝不一樣,使用壽命略有不同,因為大家用的都是那幾家國外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有幾百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一萬多兩萬MCD的亮度了,亮度相差好幾十倍了,如果是用于照明用的,在戶外最好是

97、用大功率的LED了,亮度就更高了,單個功率有1W,3W,5W,還有的是用多個大功率組合成一個大功率的LED,功率去到幾百都有.</p><p>　　LED的內(nèi)在特征決定了它具有很多優(yōu)點，諸如：</p><p><b>　　一、體積小</b></p><p>　　LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。（本文由 點

98、夢時刻 www.dreamoment.com 傾情奉獻）</p><p><b>　　二、耗電量低</b></p><p>　　LED耗電相當?shù)?，直流?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近100%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說，它消耗的電能不超過0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。&

99、lt;/p><p><b>　　三、使用壽命長</b></p><p>　　有人稱LED光源為長壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢褂脡勖蛇_6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。</p><p><b>　　四、高亮度、低熱量</b&g

100、t;</p><p>　　LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。</p><p><b>　　五、環(huán)保</b></p><p>　　LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源</p>

101、;<p><b>　　六、堅固耐用</b></p><p>　　LED被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，使得LED不易損壞</p><p><b>　　七、多變幻</b></p><p>　　LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級

102、灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。</p><p>　　八、技術(shù)先進（本文由 點夢時刻 www.dreamoment.com 傾情奉獻）</p><p>　　與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、

103、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的方法，以ARM7系統(tǒng)的LPC2214為核心，通過模塊化的設(shè)計思路，簡單高效的管理流程。繪制設(shè)計總原理圖，并分別設(shè)計了硬件和軟件原理圖。并介紹了為設(shè)計

104、無線傳感網(wǎng)絡(luò)而有使用到的芯片及硬件器件。包括LPC2214, L298N, nRF904, SP708S，LED等，并分別介紹了它們的特性、工作原理、使用方法及選擇它們的優(yōu)勢。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 近距離紅外傳感器系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　傳感器系統(tǒng)包括2路傳感器及其驅(qū)動電路和信號處理電路。每一路傳感器均由紅外光

105、管、紅外光電信號接收管、發(fā)光管信號調(diào)制電路、光電管信號放大電路和信號處理電路組成。微處理器LPC2214以掃描方式通過I/O口選 通其中1路工作以降低功耗，傳感器系統(tǒng)設(shè)計原理框圖如圖3-1所示。</p><p>　　傳感器電路被中央處理器（LPC2214）輸出端口選通后，傳感器的紅外光管發(fā)出紅外經(jīng)過信號調(diào)制，發(fā)出脈沖紅外光，相對應(yīng)的紅外光電管被選 通接收紅外信號，輸出信號經(jīng)過放大處理后輸入到微處理器，放大器采用增

106、益放大器。當節(jié)點探測范圍內(nèi)遇到障礙特，反射回的光線被紅外光電管接收，輸出脈沖信號，信號經(jīng)放大和處理后輸出電壓模擬信號，直接輸送到中央處理器的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，中央處理器對謹言該數(shù)字信號進行得理，計算出前方障礙物的方位與距離。</p><p><b>　　選通控制 </b></p><p>　　3.2 電機驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p&g

107、t;　　采用L298N驅(qū)動移動節(jié)點的兩路直流電機。L298是SGS公司推出的雙H高電壓大電流功率集成電路，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，可以同時驅(qū)動兩路直流電機工作4種模式（前進、后退、停止、轉(zhuǎn)向）。IN[A～B]為2組電機工作使能控制輸入端，IN[1～4]分別是2組電機工作模式控制輸入端。</p><p>　　電路設(shè)計采用LPC2214直接驅(qū)動L298N，原理圖如下圖所示，IN[1～4]分別接至LPC2214自帶

108、的4個PWM管腳，IN[A～B]接至LPC2214通用I/O管腳，用于被選通。LPC2214依據(jù)L298N的四種工作模式實現(xiàn)對電機的控制，如當ENA為“1”，IN2為“0”，電機1正轉(zhuǎn)，IN1的PWM輸入信號控制電機1的速度，如圖3-2</p><p><b>　　所示：</b></p><p>　　系統(tǒng)用軟件的方式控制PWM占空比調(diào)節(jié)電動機的速度，電機的速度值郵公式