无线传感网络终端节点的设计
无线传感网实验报告
Ｃeｎt ｒal SouｔｈUniveｒsiｔｙ无线传感器网络实验报告学院:班级:学号：姓名：时间:指导老师：第一章基础实验１了解环境1.１实验目的安装 IAＲ开发环境。
CC2530 工程文件创建及配置。
源代码创建,编译及下载。
1.2 实验设备及工具硬件:ＺＸ２53０A 型底板及CC2530 节点板一块,USB 接口仿真器,PC 机软件:PC 机操作系统 WｉnXP，IＡＲ集成开发环境，TI 公司的烧写软件。
1.３实验内容１、安装IAR 集成开发环境IAR 集成开发环境安装文件所在光盘目录:物联网光盘\工具\C Ｄ-EW8051-７60１2、ZＩBGEE 硬件连接安装完ＩAR 和 Sｍartｒf Fｌaｓh Prｏｇrａmｍｅr 之后,按照图所示方式连接各种硬件，将仿真器的２0 芯 JTAＧ口连接到ＺX2５30A 型 CC2５30 节点板上，USB 连接到ＰC 机上，RS-23２串口线一端连接ZX2530A 型 CC253０节点板，另一端连接 P Ｃ机串口。
3、创建并配置 CC2530 的工程文件IAＲ是一个强大的嵌入式开发平台，支持非常多种类的芯片。
IAR 中的每一个 Proｊecｔ，都可以拥有自己的配置，具体包括Ｄevice 类型、堆/栈、Ｌinkeｒ、Deｂuｇger 等。
（１）新建Ｗoｒｋsｐace 和Pｒoｊｅct首先新建文件夹leｄｔest。
打开 IAR,选择主菜单Filｅ -＞New -> Worksｐａce 建立新的工作区域。
选择Pｒojeｃt -＞Creａte Ｎeｗ Projｅct -> Emｐｔy Prｏｊect,点击 OK，把此工程文件保存到文件夹ｌedtest 中,命名为：leｄtest.ｅwp(如下图)。
(2）配置Leｄtｅsｔ工程选择菜单Ｐrojecｔ－＞Optｉons...打开如下工程配置对话框选择项 General Optioｎs，配置 Tarｇet 如下Dｅvice：ＣC25３0;（3）Ｓtack/Heaｐ设置：XDAＴA stack sizｅ:0x1FF(4）Debugger 设置：Driｖｅr：Texａs Instruments （本实验为真机调试,所以选择TI；若其他程序要使用IAＲ仿真器，可选 Simulatoｒ）至此，针对本实验的IＡR 配置基本结束.4、编写程序代码并添加至工程选择菜单 File－>New－>Fiｌｅ创建一个文件，选择Ｆile->Save 保存为ｍaｉn.ｃ将 maiｎ.c 加入到 leｄtest 工程,将实验代码输入然后选择 Pｒoject->Reｂｕｉld All 编译工程编译好后,选择Proｊect－>Dｏwｎloａd and dｅbug 下载并调试程序下载完后，如果不想调试程序,可点工具栏上的按钮终止调试。
无线传感器网络复习资料
无线传感器网络复习资料第一章概述1、什么是无线传感器网络?无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
2、传感器网络的终端探测结点由哪些部分组成?这些组成模块的功能分别是什么?（1）传感模块（传感器、数模转换）、计算模块、通信模块、存储模块、电源模块和嵌入式软件系统（2）传感模块负责探测目标的物理特征和现象，计算模块负责处理数据和系统管理，存储模块负责存放程序和数据，通信模块负责网络管理信息和探测数据两种信息的发送和接收。
另外，电源模块负责结点供电，结点由嵌入式软件系统支撑，运行网络的五层协议。
3、传感器网络的体系结构包括哪些部分？各部分的功能分别是什么？（1）网络通信协议：类似于传统Internet网络中的TCP/IP协议体系。
它由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成。
（2）网络管理平台：主要是对传感器结点自身的管理和用户对传感器网络的管理。
包括拓扑控制、服务质量管理、能量管理、安全管理、移动管理、网络管理等。
这些管理平台使得传感器节点能够按照能源高效的方式协同工作，在节点移动的传感器网络中转发数据，并支持多任务和资源共享。
（3）应用支撑平台：建立在网络通信协议和网络管理技术的基础之上。
包括一系列基于监测任务的应用层软件，通过应用服务接口和网络管理接口来为终端用户提供各种具体应用的支持。
第二章微型传感器的基本知识1、传感器由哪些部分组成？各部分的功能是什么？传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。
敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。
转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。
基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。
另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。
2、集成传感器的特点是什么?体积小、重量轻、功能强、性能好。
无线传感器网络概述
无线传感器网络概述1科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代，作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，得到了极大的发展。
2目前无线网络可分为两种:一种是有基础设施的网络,需要固定基站,例如我们使用的手机，属于无线蜂窝网，它就需要高大的天线和大功率基站来支持，基站就是最重要的基础设施；另外，使用无线网卡上网的无线局域网，由于采用了接入点这种固定设备，也属于有基础设施网。
另一类是无基础设施网，又称为无线Ad hoc网络,节点是分布式的，没有专门的固定基站。
无线Ad hoc网络又可分为两类: 一类是移动Ad hoc网络(Mobile Ad hoc Network,简称MANET)，它的终端是快速移动的。
一个典型的例子是美军101空降师装备的Ad hoc网络通信设备，保证在远程空投到一个陌生地点之后，在高度机动的装备车辆上仍然能够实现各种通信业务，而无需借助外部设施的支援。
另一类就是我们讲的无线传感器网络,它的节点是静止的或者移动很慢。
3传感器网络的标准定义是这样的：传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
它的英文是Wireless Sensor Network, 简称WSN。
如图所示，大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。
4它们分别构成了信息系统的“感官”、“大脑”和“神经”三个部分。
因此说，无线传感器网络正是这三种技术的结合，可以构成一个独立的现代信息系统。
5第一阶段：最早可以追溯二十世纪70年代越战时期使用的传统的传感器系统。
当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，这条道路是胡志明部队向南方游击队源源不断输送物资的秘密通道，美军曾经绞尽脑汁动用航空兵狂轰滥炸,但效果不大。
无线传感器网络国内外研究现状
无线传感器网络国内外研究现状1 无线传感器网络简介 (1)2 无线传感器网络的国外研究现状 (2)3 无线传感器网络的国内研究现状 (3)1 无线传感器网络简介随着传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术和半导体与微机电系统制造技术的飞速发展,具有感知、计算存储和通信能力的微型传感器应用于军事、工业、农业和宇航各领域。
无线网络传感器是集传感器执行器、控制器和通信装置于一体, 集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的资源（计算、存储和能源）受限的嵌入式设备。
由这些微型传感器构成的无线传感器网络能够实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象信息, 并对这些信息进行处理, 传送给需要这些信息的用户。
无线传感器网络(WSN)是由大量的具有通信和计算能力的微小传感器节点，以无线的方式连接构成的自治测控网络。
一种普遍被接受的无线传感器网络的定义为:大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中节点是同构的，成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意散布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。
一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点(群) 、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等。
无线传感器网络具有价格低廉、体积小、组网方便、灵活等特点。
从21世纪开始，无线传感器网络成为多学科交叉前沿研究热点，引起了世界各国的极大关注。
WSN由具有传感器模块、数据处理模块、交换路由模块和无线通信模块等大量传感器节点，通过交换传输组成多跳的自组织、自学习无线通信网络系统，把感知对象的信息发送给控制者。
WSN已成为一种全新的信息获取、处理、传输和控制系统，并在军事、工业、商业、医疗、灾害预报等领域有着广阔应用前景。
WSN经历了从智能传感器、无线智能传感器到无线传感器网络的3个发展阶段。
智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使传感器节点不仅具有据采集能力，而且具有信息处理能力。
基于ZigBee的温湿度采集系统设计
基于ZigBee的温湿度采集系统设计近年来，随着无线通信网络技术的飞速发展，人们不需要花费高成本和进行复杂的布线，就能实现系统组网和数据通信。
而ZigBee无线传感器网络因其低功率、低成本的特性，受到了科学爱好者和人们的广泛的关注。
它作为ZigBee 技术和传感器技术相结合的产物，能组建ZigBee无线传感器网络，实现点与点之间的通信。
本设计采用符合ZigBee标准的CC2530作为传感器节点的数据采集和处理单元，并采用了温湿度复合传感器芯片DHT11进行温湿度进行数据采集。
在IAR开发环境下进行传感器节点程序的编写，实现无线传感器网络对温湿度信号的采集，并实现传感器节点之间的数据传输功能。
标签：ZigBee DHT11 CC2530 无线传感网络温湿度数据采集一、温湿度采集系统的总体设计协调器上电后，能够建立ZigBee无线网络，接着终端节点能查找并自动加入该ZigBee无线网络中，这时就建立起了协调器和终端节点的通信。
终端节点能够定时的采集温湿度数据，并将其通过网络发送给协调器，协调器收到温湿度数据后，通过RS232通信串口传输上到PC机。
系统设计原理图如图3-1：图1-1 系统设计原理图1.无线传感器网络节点设计针对ZigBee无线传感器网络的功能和组成，将传感器节点大致分成如下几个部分：采集单元、处理单元、通讯单元、电源单元。
无线传感器网络节点的模块如图1-2：图1-2 无线传感器网络节点的模块2.系统设计的主要任务2.1硬件平台的搭建：基于符合ZigBee标准的CC2530和温湿度传感器DHT11相结合，实现系统对温湿度的采集、存储和收集功能，并通过RS232与PC机相联，把收集到的温湿度数据传输到PC机中进行分析处理。
2.2软件平台的搭建：在IAR开发环境下进行传感器节点程序的编写和编译，实现无线传感器网络对温湿度数据的采集，还能实现传感器节点之间的数据传输功能。
二、温湿度采集系统的硬件设计1.系统采集单元设计鉴于本实验测量环境的特殊要求，需要对温湿度高精确度的测量和长期的保持工作。
基于NB-IoT及ZigBee的无线传感器网络网关设计
基于NB-IoT及ZigBee的无线传感器网络网关设计李玲;郭晓玲;武仁杰;徐婷【摘要】为了使ZigBee网络数据能够通过无线方式直达远程控制中心,设计了基于NB-IoT及ZigBee的无线传感器网络网关.网关由ZigBee芯片CC2530和NB-IoT模块BC95组成,两者通过串口相连.ZigBee协调器是ZigBee网络的控制中心,收集各个节点的数据,并通过串口将数据发送给BC-95模块.BC-95模块通过NB-IoT网络将数据传输到云平台或者控制中心,云平台或者控制中心的指令通过NB-IoT网络到达ZigBee协调器,协调器再将指令转发到下属节点.实验表明,系统运行稳定,适用于无线传感器网络的诸多应用场合.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2019(052)001【总页数】5页(P234-238)【关键词】无线传感器网络;ZigBee;NB-IoT;网关【作者】李玲;郭晓玲;武仁杰;徐婷【作者单位】河北北方学院信息科学与工程学院,河北张家口 075000;河北北方学院信息科学与工程学院,河北张家口 075000;河北北方学院信息科学与工程学院,河北张家口 075000;河北北方学院信息科学与工程学院,河北张家口 075000【正文语种】中文【中图分类】TP3930 引言无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点通过无线通信技术构成的自组织网络，集成了传感器、网络、计算机、嵌入式系统等技术，用来采集、处理和传输网络覆盖范围内感知对象的信息。
ZigBee是建立在IEEE802.15.4标准基础上的低功耗个域网协议，具有低成本、近距离、自组织、低功耗、低数据传输率、低复杂度等特点，较蓝牙、WiFi等无线技术，更适用于无线传感器网络，也是无线传感器网络中采用较多的无线传输协议[1-2]。
但是，ZigBee属于短距离技术，它的协议栈也并不支持IP协议。
ZigBee网络中节点的数据要到达控制中心或者云端，必须经过网关进行协议转换。
无线传感网络综述
1、无线传感网络简介无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地监测、感知和采集节点部署区中观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。
2、无线传感网络的特点1）硬件资源有限：节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。
这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2）传感节点数目多、易失效：根据应用的不同，传感器节点的数量可能达到几百万个，甚至更多。
此外，传感器网络工作在比较恶劣的环境中，经常有新节点加入或已有节点失效，网络的拓扑结构变化很快，而且网络一旦形成，人很少干预其运行。
因此，传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性，相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。
3）通信能力有限：考虑到传感器节点的能量限制和网络覆盖区域大，传感器网络采用多跳路由的传输机制。
传感器节点的无线通信带宽有限，通常仅有几百kbps 的速率。
由于节点能量的变化，受高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响，无线通信性能可能经常变化，频繁出现通信中断。
4）电源能量有限：网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。
其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。
因此在无线传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
5）以数据为中心是网络的核心技术：对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。
例如，在应用于目标跟踪的传感器网络中，跟踪目标可能出现在任何地方，对目标感兴趣的用户只关心目标出现的位置和时间，并不关心哪个节点监测到目标。
以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统，使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。
无线传感网络概述
无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。
二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。
节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。
由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。
三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。
2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。
在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。
四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。
目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。
特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。
（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。
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无线传感网络终端节点的设计
【摘要】传感器节点是无线传感器网络的基本组成单位。
本文介绍了一种以芯片CC2430为核心，并且通过GPS模块获得节点位置信息的无线传感器网络节点。
详细阐述了传感器节点的温度数据采集及GPS地理信息的数据采集。
【关键词】无线传感网络终端节点CC2430模块GPS模块TPS7333Q芯片
1引言
无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成的，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。
通信系统所传输的数据通常为信息小量的突发信号，即进行小数据实时传送。
CC2430是首款符合ZigBee标准的2．4 GHz系统单芯片，适用于各种ZigBee或类似ZigBee 的无线网络节点，包括协调器、路由器和终端节点，芯片延用了以往CC2420的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频(RF)收发器、内存和微控制器，在休眠模式时，整个芯片的流耗小于0．9 μA，集成了定时器等大量的片上资源。
GPS全球定位系统是由美国建立的导航、定位和授时系统，被广泛应用在导航、大地测量、精确授时、车辆定位及防盗等领域。
本节点选用的是北京合众思壮公司的GPS模块E531。
定位信息通过RS一232串行口输出，，可直接与单片机的串行口相连，实时提供目标的位置、速度等信息。
本文依据无线传感通信的特点，设计了一种基于CC2430和GPS的环境信息监测终端。
2终端节点的总体设计
无线传感网路节点由传感器模块、无线通信模块( 包括处理器) 、GPS模块和电源模块组成。
传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；处理器负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线通信模块负责与其他
传感器节点进行通信，交换控制信息和收发采集数据；电源模块为传感器节点提供运行所需的能量。
终端节点在网络中负责采集数据和传递数据。
通过传感器接节点采集周围环境的温度信息数据，数据经过8051处理器的处理后，通过RF发送器将数据发给中心节点，再由中心节点发送到基站。
3 终端节点硬件设计
终端节点的硬件原理图如图2所示，处理器模块和无线通信模块采用CC2430芯片，大大简化了射频电路的设计。
CC2430 芯片集成了CC2430 射频收发机、Zigbee射频前端、128 k B 闪存、8kB RAM和8位8051微处理器，是实现嵌入式Zigbee应用的片上系统，支持IEEE 802.15.4／Zigbee协议，可用于各种Zigbee无线网络节点，包括协调器、路由器和终端没备等。
传感器模块采用温度传感器TC77，电源采用3节5号干电池。
由于系统中CC2430的电源要求为2.0~3.6V，TC77温度传感器的电源要求为2.7~5.5V，而GPS E531模块的电源有求为3.3~3.6V，所以采用3.3V供电。
系统中电源采用的是3节5号电池，为了将4.5V转化为3.3V，采用TPS7333Q芯片来实现电压的转换。
图2终端节点硬件原理图
4环境信息的采集和地理位置数据的接收
4.1 环境温度信息的采集
TC77 是Microchip公司生产的串行接口的温度传感器，温度数据由内部温度敏感元件转换得到，随时可以转化为13位的二进制补码。
它可以通过PSI口与CC2430相连，如图2 所示。
cc2430可以通过下面的程序来读取温度数据。
#define CS_TC77 P1_3
#define SCK P1_6
#define MISO P1_5
unsigned ReadTc77(void)
{
unsigned int temp=0;
unsigned char i;
SCK = 0;
CS_TC77 = 0;
for(i=0; i<16; i++)
{
temp <<= 1;
SCK = 1;
if(MISO)temp++;
SCK = 0;
}
CS_TC77 = 1;
return temp;
}
4.2环境地理位置数据的接收
GPS接收模块只要处于工作状态，就会源源不断地接收导航卫星信号并推算出监控终端所在位置的经度和纬度；将这些定位信息通过模块的串行通信接口传送到单片机。
这些结构化的信息都以NMEA—0183格式输出，内容包含了纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息。
可以根据不同的用途选择不同的记录语句，由于本方案中我们只关心监测环境的地理信息，所以我们只选用$GPRMC记录语句。
一条$GPRMC语句的包括了14个记录：语句标识头，UTC 时间，定位状态、纬度、纬度半球、经度、经度半球、地面速率、地面航向、UTC日期、磁偏角、磁偏角方向、模式指示和结束标记。
该语句一共有73个字节，它的语句帧结构如下：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF>
例如：
$GPRMC,095035.091,A,6016.3066,N,02458.3832,E,1.08,210.6,131204,6.1,E,A*0A
通过接收这一条语句我们就能获得监测目标的地理位置等信息。
5 程序设计
程序设计部分主要是实现终端节点定时接收数据，处理数据和发送数据的功能。
程序流程图如3所示。
6 结束语
CC2430的特性已超越了IEEE802．15．4的规范，在选择性和灵敏度上具有优异的性能，使得在2．4GHz ISM波段上的不同设备更好的共存，且在长距离范围内也可提供可靠
的通信。
本文在总结对芯片CC2430及GPS已有研究成果的基础上，阐述了基于CC2430和GPS 的无线传感器网络节点的设计和实现。
在实验中，节点能够采集环境的温度和节点的地理位置信息。
实验结果表明，终端节点具有极低的功耗，可以长时间连续稳定工作。
本文设计的温度检测系统，设备简单、功耗低、传输无线化，可用在诸如温室、仓库、医院等场合。
参考文献：
[1]李文仲，段朝玉等。
Zigbee 无线网络技术入门与实战。
北京航空航天大学出版社，2004。
[2]谭浩强。
C语言程序设计（第三版）。
清华大学出版社，2005。
[3]Microchip TC77/ThermalS ensor with SPI Interface
/datasheet_pdf/ITGIA VHFEE。
[4]北京合众思壮科技股份有限公司。
E531 GPS接收机模块用户使用及维护手册。