发布时间 : 星期日 文章面向无线传感器网络的智能节点设计 - 图文更新完毕开始阅读f811bd68a45177232f60a239
河南大学物理与电子学院本科毕业论文 是通过信号电缆来传输数据，在有些工业现场难以实施、而且维护困难、信号干扰严重、系统扩展性差。因此需要设计一种通过无线方式传输数据的状态监测系统。无线传感器网络是一种无基础设施的无线网络，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术能很好的实现人们对数据和信息的需求，其有着传统方法不可比拟的优势，例如无线传感器网络的节点可以更方便地安装在被监测设备上，能更好地达到监测目的：其动态性网络的特性能够使监测系统方便地增删测点，系统扩展性好。
0.1无线传感器网络发展现状
无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域．它综合了多种技术，能够通过各类集成化的微型传感器和智能节点协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界人类社会三元世界的连通．传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。
所谓的智能节点是将传感器节点和执行器节点集成控制器，它位于传感器和执行机构的现场，根据系统的需要对现场的执行机构或者传感器进行控制和数据采集，另一方面还要和上位机进行通信、完成数据交换。智能节点是无线网络传感器的底层模块，在整个系统中有着十分重要的作用。目前国内外已经出现了许多种网络节点的设计，它们在实现原理上是相似的，只是分别采用了不同的微处理器或者不同的通信或协议方式，比如采用自定义协议、802．15.4协议、ZigBee协议、蓝牙协议以及UwB通信方式等．典型的节点包括Berkeley Motes，Sensoria WINS，Berkeley Piconodes，MITμAMPs，SmartMesh Dust mote， Intel iMote以及IntelXScale nodes，ICTCAS ／HKUST的BUDSl等。
0.2无线传感器网络发展趋势
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河南大学物理与电子学院本科毕业论文 无线传感器网络技术是20世纪的半导体技术、无线通信技术以及微机电系统集成高速发展孕育成的一个新的信息获取和处理方式。它起源并应用于军事，2001年美国国防预先研究计划局召开的第一次网络嵌入式系统技术会议拉开了无线传感器网络研究的序幕，当时研究这项技术的主要目的是想将其应用在战场信息感知、国土安全与反恐战争。该项技术的研究成功将真正地把我们的地球变成一个完整的数字地球，让人类去感知地球的每一个角落。因为无线传感器网络可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量翔实而可靠的信息。无线传感器网络的应用前景非常广阔，能够应用于军事监控、环境检测预报、健康护理、智能家居众多领域等。最初的无线传感器网络应用于军事，通过飞机投放到指定的监控区域，可以实现对预定目标的监控，通过飞机、卫星等方式将信息传送到基地。这种方式隐蔽性强，传感器网络节点价格低廉，无需派人员到现场，代价较低。随着技术的发展，传感器网络节点的成本不断降低，而且功能日趋强大，传感器网络将越来越多地应用到社会各个方面。
0.3本课题研究的问题
本设计的目的是研究一种面向无线传感器的智能节点。应用这种节点能实现温度的测量，借助于单片机、CC2430、DS18B20等，通过软硬件的结合来实现设计的的目的。本文的主要内容和结构：
0 前言 对无线传感器网络及智能节点进行简单的介绍
1 无线传感器网络 分析无线传感器网络的工作原理，选择应用的网络协议 2 系统电路简介 对系统中用到的电路进行分析介绍 3 节点硬件设计 分析介绍系统的硬件电路 4 节点软件设计 给出部分系统程序 5 结论 简单总结
1 无线传感器网络介绍
1.1无线传感器网络工作方式
无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络，可应用于布线和电源供给困难
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河南大学物理与电子学院本科毕业论文 的区域、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些I临时场合(如发生自然灾害时，固定通信网络被破坏)等。它不需要固定网络支持，具有快速展开，抗毁性强等特点，可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域，引起了人们广泛关注。无线传感器网络典型工作方式如下：使用飞行器将大量传感器节点(数量从几百到几千个)抛撒到感兴趣区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既是信息的采集和发出者，也充当信息的路由者，采集的数据通过多跳路由到达网关。网关(一些文献也称为sinknode)是一个特殊的节点，可以通过Intemet、移动通信网络、卫星等与监控中心通信。也可以利用无人机飞越网络上空，通过网关采集数据。
1.2无线传感器网络的特点
作为无线网络和数据网络结合的产物，无线传感器网络具有以下特点： ①节点数量大、密度高。单位面积所拥有的网络节点数远大于传统的无线网络， 此外，传感器网络可以分布在很广泛的地理区域。
②电池供电，节点能量有限。由于节点数量多，而且无线传感器网络往往应用于 人烟荒芜或人们难以直接操作的地方，因此更换传感器节点电池是不现实的，这决定了传感器节点生命和网络寿命的有限性，也可以特采用太阳能供电延长寿命。
③自组织的通信方式。传感器节点是自主、自治的，不同于传统无线网络的中心 控制通信模式。
④网络拓扑易变化。由于节点能量有限，节点易出故障，导致无线传感器网络拓 扑信息变化。
⑤感知数据流大。传感器网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据，并具 有实时性。
⑥多跳路由。由于节点发射功率的限制，节点的覆盖范围有限，当它要与其覆盖 范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发。
(2)无线传感器网络关键技术
无线传感器网络是一个庞大复杂的系统，关键技术涉及网络拓扑控制、网络协议、数据管理、网络安全、时间同步、定位技术等。 ① 网络拓扑
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河南大学物理与电子学院本科毕业论文 控制传感器网络拓扑控制目前主要的研究问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点选择等手段，剔除节点之间不必要的无线通信链路，产生一个高效的数据转发的网络拓扑结构。拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面。功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目。层次型的拓扑控制利用分簇机制，让一些节点作为簇头节点，由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量。除上述传统控制模式外，人们提出启发式的节点唤醒和休眠机制，该机制能够使节点在没有事件发生是设置通信模块为休眠状态，而有事件发生则及时自动醒来并唤醒邻居节点，形成数据转发的拓扑结构。 ②网络协议
由于传感节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限，每个节点只能获取局部网络的拓扑信息，其上运行的网络协议也不能太复杂。同时，传感器拓扑结构动态变化，网络资源也在不断变化，这些对网络协议提出了更高要求。传感器网络协议负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络，目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议，前者决定监测信息的传输路径，后者用于构建底层的基础结构，控制传感节点的通信过程和工作模式。 ③数据管理
从数据存储角度看，传感器网络可被视为一种分布式数据库，以数据库的方法在传感器网络中进行数据管理，可以将存储在网络中的数据逻辑视图与网络中的实现进行分离，使得传感器网络用户只需关心数据查询的逻辑结构，无需关心实现细节。由于传感器节点能量受限且容易失效，数据管理系统必须在尽量减少能耗的同时提供有效数据服务，同时，传感器节点数庞大以及无限的数据流，无法通过传统的分布式数据库管理技术进行分析处理。所以，为了提高系统的性能，传感器网络数据管理需要有效的网络内分布式数据处理算法，以实现高效的查询处理和数据管理。而传感器网络数据存储可采用网络外部存储、本地存储和以数据为中心的存储三种方式，相比前两种，以数据为中心的存储方式可以在通信效率和能量消耗两个方面获得很好的折中。 ④网络安全
如何保证任务执行的机密性、数据产生的可靠性、数据融合的高效性以及数
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