基于TINYOS的无线传感器网络节点设计.doc

北京石材翻新公司www.bjltwybj.comdtq
【摘要】本文从硬件和软件两个方面分析了构建无线传感器网络节点的一般规律和方法，设计了以msp430控制芯片和D21DL无线数传电台为核心的无线传感器网络硬件平台、无线传感器网络系统软件移植了加州大学伯克利学院开发的专用于无线传感器网络的TinyOS开源系统，在此基础上进行硬件驱动以及上层通讯协议的开发。
中国论文网
【关键词】TinyOS；传感器网络节点；msp430；无线数传电台
DesignofWSNNodeonTinyOSPlatform
LiYuan-chaoGaoXiao-ding
（Collegeofmechanicalandelectrical，Xi’anPolytechnicUniversity，Xi’an710048，China）
Abstract：Thegeneralrulesandmethodsofbuildingwirelesssensornetwork（WSN）nodeareanalyzedfromaspectsofhardwareandsoftware.Thewirelesssensornetworkhasbeenbuiltwiththemsp430MCUandwirelessdigitalradio.AndthesoftwareofwirelesssensornetworkhasbeendevelopedonthetinyOSwhichisdevelopedbytheCaliforniaBerkeleyCollegeforWSNfield.
Keywords：TinyOS；WSNnode；msp430；wirelessdigitalradio
1.引言
无线传感器网络（WSN）是传感器和无线通讯以及电子等技术的结合，起初是用于解决因监测区域范围过大、监测节点过多或者环境太恶劣等的地方。随着该技术的发展，现今其已被应用于很多领域，不论是在环境的监测和保护方面，还在精细农业、医疗护理，甚至在军事领域以及目标方面都有很大的应用。如图1所示为以无线数传电台为传输媒介的传感器网络组成形式：监测区域内的大量传感器节点对监测区域内的环境参数进行监测，通过无线数传电台传送至汇聚节点，最后汇聚节点通过数据线传输到数据处理中心（计算机）进行数据的处理，其中传感器节点是无线传感器网络的关键部分。本文设计的传感器节点是在msp430控制芯片上移植TinyOS操作系统来实现数据采集、处理和传输。
2.无线传感器节点结构设计
无线传感器节点包括固定节点（锚点）和移动节点。固定节点便是位置固定的节点，其在整个无线传感器网络中的作用十分重要，移动节点或者其他新增节点可以通过固定节点对自己进行定位，而起移动节点的信息传递也要借助于固定的转发。根据监测对象的运动状态，整个网络中的节点可以都是固定节点，也可以是移动节点。
本文所设计的无线传感器网络系统是对某个地区的温湿度进行监测，所有节点都设计为固定节点；每个无线传感器节点的组成结构如图2所示。
3.无线传感器节点硬件设计
该传感器节点的硬件部分由msp430单片机模块、温湿度传感器模块、无线通信模块、电源模块和RS232通讯模块等组成，其中RS232模块是主节点独有的，它主要是用于主节点与PC通讯用的。
单片机模块主要是对采集的信息的处理。设计采用的TI的msp430f169芯片，该芯片是16位自带AD转换的低功耗芯片，选用该芯片简化了电路，也一定程度上减少了能耗，延长了该节点数据采集时间。msp430f169单片机的最小系统如图3所示。
本设计选择数字温度传感器，传感器将检测的信息直接送到单片机的IO口，由单片机处理后进行上传。其电路连接情况如图4所示。
本设计采用双电源供电模式：单片机模块由三块1.2v的干电池供电，这样就能保证msp430和温湿度传感器都在正常工作电压以内。无线数传模块单独供电，因为无线传输非常消耗电量。
4.无线传感器节点软件设计
节点的软件设计设计实际上就是对TinyOS系统的修改和移植。TinyOS采用了组件的结构，它是一个基于事件的系统.其设计的主要目标是代码量小、耗能少、并发性高、鲁棒性好，可以适应不同的应用.完整的系统由一个调度器和一些组件组成，应用程序与组件一起编译成系统.组件由下到上可分为硬件抽象组件、综合硬件组件和高层软件组件，高层组件向底层组件发出命令，底层组件向高层组件报告事件.调度器具有两层结构，第一层维护着命令和事件，它主要是在硬件中断发生时对组件的状态进行处理；第二层维护着任务（负责各种计算），只有当组件状态维护工作完成后，任务才能被调度.TinyOS的组件层次结构就如同一个网络协议栈，底层的组件负责接收和发送最原始的数据位，而高层的组件对这些位数据进行编码、解码，更高层的组件