基于CC2530的无线传感器网络监控平台
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2020-10-18
05:24:13
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基于基于CC2530的无线传感器网络监控平台的无线传感器网络监控平台
设计了一种基于ZigBee的低复杂度、低功耗和低成本的无线传感器网络环境监控平台，该平台可动态显示网络
拓扑结构。主要由ZigBee无线传感器网络、通信网关和ARM控制台三部分构成。以ARM9作为控制台环
境，ZigBee芯片CC2530为核心搭建无线网络，挂载温/湿度传感器、振动传感器及压力传感器等构成完整的环
境监测平台。测试结果表明，设计的系统运行稳定，数据采集准确，网络健硕，具有可扩展性。
随着计算机技术和无线通信技术的快速发展，各种智能化产品不断涌现，其中
ZigBee标准基于IEEE 802.15.4低速率无线个人局域网，支持介质访问控制层和物理层标准，并在此之上包含网络层、安全
层和应用层，具备很强的设备联网能力，它支持网状结构、星状结构及树状结构三种自组织无线网络拓扑类型结构[3]。本文
基于ARM9控制平台实现了传感器网络信息的实时显示和ZigBee节点设备的控制。该无线传感器网络室内环境远程监控平台，
以ZigBee芯片
1 系统方案设计系统方案设计
控制平台基于WSN技术和嵌入式技术,借鉴了国内外优秀环境监测研究经验，设计了基于CC2530芯片采集传感器数据的
ZigBee无线网络和基于ARM9的网络控制台。
1.1 系统总体功能介绍系统总体功能介绍
本系统实现图形化网络拓扑结构的动态构建和管理，以及图形化控制ZigBee节点设备；支持多跳网络；支持外界环境状态
信息感知，传感器数据精确采集、无线传输和显示，当环境信息超过临界值时报警等功能。
1.2 系统框架设计系统框架设计
系统由ARM控制台模块、基于ZigBee的无线传感器网络通信模块及
控制台模块采用ARM9芯片作为处理器，基于Linux操作系统,搭配自制底板作为控制台软件运行环境，采用QT-4.5.3作为应
用程序开发框架进行控制台软件开发。
无线传感器网络通信模块采用基于IEEE 802.15.4标准的ZStack-CC2530协议栈开发，完成ZigBee网络建立、维护以及传感
器数据采集、节点控制等功能。传感器节点由ZigBee节点融合传感器构成。
(1) ZigBee节点。包括协调器节点，路由器节点和终端节点,采用ZigBee芯片CC2530自主设计和绘制电路图以及外围硬件电
路。CC2530是一款SoC芯片，集成了处理器、无线电和串口等外设。
(2) 传感器。包括温湿度传感器，振动传感器及压力传感器等，用于对环境状态信息的动态感知。
网关模块采用集成于ARM平台的串行口，通过UART方式连接ZigBee协调器与控制台，根据预定的帧进行通信。上行和下
行的数据都通过网关在网络上传输，由其负责数据包的解析和转发。
1.3 系统通信协议及数据格式设计系统通信协议及数据格式设计
本系统在控制台与ZigBee协调器之间，使用UART传输数据；在ZigBee网络节点之间都按照ZigBee协议实现通信。控制
台、网关、ZigBee网络之间按照约定的数据帧格式进行数据包传递，帧结构由帧头、数据负载、帧尾三部分组成，如图2所
示。
(1) 1 B的帧头0XFB和1 B的帧尾0XFE。
(2) 1 B的帧长度和1 B的帧负载属性。
(3) 多个字节的业务负载数据，ZigBee网络中的数据业务主要有节点设备描述符、节点设备数据、状态和控制业务。
节点设备描述符用于描述当前ZigBee节点的短地址、长地址，以及节点所挂载的传感器类型和数目；节点设备数据为传感
器实时采集的环境数据；状态和控制业务为用户发出指令。
2 无线传感器网络程序设计无线传感器网络程序设计
无线传感器网络基于ZStack-CC2530-2.2.0-1.3.0开发，实现了ZigBee网络的构建,内部使用小型操作系统OSAL[3]，实现任
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