无线传感器收集是一种全新的信息获取和处理技巧，在实际生活中获得了越来越广泛的应用。跟着通信技巧、嵌入式技巧、传感器技巧的成长，传感器正逐渐向智能化、微型化、无线收集化成长。今朝，国表里重要研究无线传感器收集节点的低功耗硬件平台设计、路南算法和拓扑控制、收集协定、定位技巧等。这个设计以检测光线强度的传感器为例，实现了一个无线传感器收集，根据传感器所检测的光线强弱来封闭或开启指导灯。这种传感器收集综合了嵌入式技巧、传感器技巧、短程无线通信技巧，有着广泛的应用。该体系不须要对现场构造进行修改，不须要本来任何固定收集的支撑，可以或许快速安排，便利调剂，并且具有很好的可保护性和拓展性。

IEEE 802.15.4标准

IEEE 802.15.4标准实用于低速度、低功耗、低复杂度和短距离数据传输的无线个域网(WPAN)。在收集内的无线传输过程中，采取带冲突避免的载波侦听多路拜访机制(CSMA／CA)，支撑超帧构造和时槽保障机制(GTS)。收集拓扑构造可所以星型网或点对点的对等网。该标准定义了3种数据传输频率，分别为868MHz、915MHz、2.4GHz。前两种传输频率采取BPSK的调制方法，后一种采取0-0PSK的调制方法。各类频率分别支撑20 kbit／s，40kbit／s和 250 kbit／s的无线数据传输速度，传输距离在0m～70m之间。本义中采取的是频率为2.4GHz的无线发射模块。

无线传感器收集的实现

收集平台组建


无线传感器收集平台由光强传感器模块、微处理器模块、无线发射模块三个部分构成，如图1所示。微处理器模块和无线发射模块集成在一块板子上，而光强传感器模块经由过程接口与微处理器相连，如许可以经由过程改换不合的传感器模块来竽暌功用于各类场合。

光强传感器模块



因为各类不合的应用处合中须要采集的模仿量千筹万刖，收集平台中传感器模块采取了拥有50针插针的通用接口。如许可以经由过程改换不合的传感器模块子板来竽暌功用于各类场合。传感器电路部分设计采取power。gating技巧在无数据采集义务时降低功耗。

微处理器模块

微处理器选用8位低功耗微控制器ATMEGA128，数据吞吐率很高，大年夜而可以缓减体系在功耗和处理速度之间的抵触。相对于其他通用的8位微处理器来说，它具有异常丰富的资本，具有片内128k字节的法度榜样存储器(Flash)，4k字节的数据存储器(SRAM，可外扩到64k)和4k字节的EEPROM。它高速和安闲量RAM的特点，为处理数据包供给了便利。

无线发射模块
无线发射模块采取的是Chipcon公司的C沃森WSENC2420芯片。CC2420是TI-Chipcon公司推出的首款相符2.4GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器。该芯片只需极少外部元器件，机能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数跨越了IEEE802.15.4标准的请求，可确保短距离通信的有效性和靠得住性。

组网类型

在本文中，无线传感器收集采取星型拓扑构造，由一个收集调和器作为中间节点，可以跟任何一个通俗节点通信。通俗节点上含有光强传感器对四周情况中的光旌旗灯号强度参数进行测量、采样，将采集到的数据发往中间节点，并且可以对中间节点发来的数据、敕令进行分析处理，完成响应的操作。若两个通俗节点之间要传送数据则必须经由中间节点，由中间节点把数据传送到响应的节点上。

组网流程
无线传感器收集是一个自组织的收集，如不雅一个全功能节点被激活，它就可能建立一个收集并把本身没为收集调和器，其他的通俗节点可以申请参加该收集。如许就可以建成一个具有星型拓扑构造的无线传感器收集。本文中的无线传感器收集支撑超帧构造，收集调和器经由能量扫描、主动信道扫描后，按照设定的参数周期性的发送信标帧。通俗节点起首经由能量扫捕和被动信道扫描后，获守信标帧中包含收集特点的参数，如信标序号(beaconorder)、超帧序号(superframeorder)和收集标号等。经由过程mlmeSyncRequest()函数(根据MLME-SYNC.request原语编写)请求与收集调和器同步，再经由过程mlmeAssociateRequest()函数(根据MLME-ASSOCIATE.request原语编写)请求与收集协涮寡居洽关系。在与收集调和寡居洽关系的过程中，收集调和器为每个请求接洽关系的通俗节点分派16位的短地址。如许在今后的数据传送中就可以用短地址进行通信，进步通信效力、降低发射中的能量消费，大年夜而延长收集的应用寿命。
数据传输机制

数据格局

在IEEE 802.15.4标准中定义了四种帧，分别是信标帧、数据帧、敕令帧、确认帧。存灯光控制的无线传感器收集中，这四种帧都获得了应用。

(1) 信标帧：用以收集调和器在支撑超帧构造的第一个时槽向其邻近节点广播信标，当邻近的节点接收到信标帧后就可以申请参加该收集。信标帧的构造如表1所示，在帧控制域中定义了帧的类型为信标帧。

在我们设计的无线传感器收集中，通俗节点将它采集的光强数据发送给收集调和器，收集调和器将含有控制变量的数据帧发送给带有指导灯接点的同时，还可以经由过程串口将光强度数据传送给计算机。经由过程安装存计算机上的后台软件，可以看出光强度旌旗灯号的变更。经由过程隐瞒光强传感器可以改变成集到的光强数据，当光强度比较低时曲线降低，反之曲线上升。
因为本文中的无线传感器收集体系采取相对简单的星型拓扑构造，在信标帧的构造上与IEEE802.15.4标准有所不合：在信标帧的地址域中仪包含源节点的收集标号和短地址，不包含目标节点信息(因为采取广播方法发送)。在信标帧中没有GTS域，不支撑时槽保障机制。

(2) 数据帧：用来传送含有光强度信息的数据。数据帧的构造如表2所示，在帧控制域中定义了帧的类型为数据帧。

在地址域中包含源节点和目标节点的刚络标号和短地址。因为数据帧的传送偏向有两种：大年夜通俗节点传向中间节点和大年夜中间节点发送给通俗节点。它们的数据负载域的长度不合，分别20字节和1字节。

(3) 敕令帧：用于组建无线传感器收集、传输同步数据等。敕令帧在格局上和其他类型的帧没有太多的差别。

在帧控制域中定义了帧的类型为敕令帧，其地址域根据不合的敕令存存两种长度，敕令帧的具体功能由帧的负载数据表示。负载数据是一个变长构造，所有敕令帧负载的第一个字节是敕令类型字节，后面的数据针对不合的敕令类型有不合的含义。在本文所建立的无线传感器收集中，用到的敕令类型有接洽关系请求(association request)、接洽关系响应(Association response)、数据请求(Data request)等。

设计实现了无线传感器收集，大年夜无线传输协定的制订、传输过程控制等几个方面进行了阐述。在实际应用中，只要对具体的传感器进行改换，就可以实用于各类各样的传感器收集。此体系实用于家庭、大年夜喷鼻内部情况质量的监控及智能化处理。因为无线传感器体系组网灵活，采取模块化的设计，故具有很好的移植性和扩大性，跟着人们生活程度的进步，此体系在智能家电、家庭情况的智能调节上有着广阔的前景。(end)
(4) 确认帧：用以确认目标节获成功接收到数据帧或敕令帧。当目标节获成功接收到数据帧或敕令帧后，就发送一个确认帧给发送方。发送方接收到这个确认帧解释发送成功。若在规定的时光内没有接收到确认帧，则重发该数据帧或敕令帧。

在帧控制域中定义了帧的类型为确认帧。确认帧的序列号要与被确认帧雷同，并且负载长度为零。确认帧紧接着被确认帧发送，不须要应用CSMA-CA机制竞争信道。
传输流程


在全部无线传感器收集中，采取的是通俗节点准时攫取其传感器上的光强数据，并将光强数据发送给中间节点。中间节点对接收到的数据进行处理后传送给响应的节点用以控制其上的指导灯。

起首，收集络调和器对接收到的数据帧进行考验，图中的"节点断定"是断定是否为指定节点的传感器数据。若接收的数据是指定节点上的数据，则将该数据与一个光强度阈值进行比较来设定控制变量(用来控制灯的开关状况)。反之，则一向行发送操作。然后，断定带有指导灯的节点是否参加收集。若在收集中找到带有指导灯的节点，则中间节点将控制变量作为数据帧负载发送给它。反之，则不二送带有控制变量的数据帧。

停止语