【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種小型自組織低功耗的區(qū)域性數(shù)字化無線通信網(wǎng)絡(luò),具有低成本和易于維護等優(yōu)點。但由于無線信道環(huán)境復(fù)雜,硬件設(shè)備供電受環(huán)境限制而采用電池供電,單一的通信頻段和較高的設(shè)備功耗限制了這一技術(shù)的實際推廣。同時目前常用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)也存在如底層代碼不開源,微型操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度實時性差和目標硬件范圍較小難以移植等問題。為解決上述問題,本文設(shè)計了一種新型多用低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺,此平臺可任意搭配使用目前主流的各種無線射頻通信模塊以適用于各種不同的無線信道環(huán)境；并針對該平臺設(shè)計了相應(yīng)的軟件系統(tǒng),將其設(shè)計為模塊化開發(fā)組件模板程序,用戶可根據(jù)實際需要添加自定義應(yīng)用程序。硬件部分采用宏晶科技IAP15F(L)2K61S2系列高性能低功耗純8051核心單片機作為主控單元,此芯片提供61KB程序存儲空間和2KB靜態(tài)SRAM數(shù)據(jù)存儲空間以方便用戶進行編程開發(fā)；同時具有ISP、IAP以及在線仿真等功能從而節(jié)約開發(fā)成本；軟件編程可采用目前主流C51語言及8031匯編語言,程序編寫方便。無線射頻部分提供多用射頻模塊接口,可搭配引腳轉(zhuǎn)接板任意連接使用目前主流的各種無線通信模塊。此外,硬件部分還設(shè)計了各種擴展接口以備二次開發(fā)使用。硬件設(shè)計完成后經(jīng)測試其無線通信距離可達150米,最大功率為280mw,完全滿足實際應(yīng)用要求。軟件部分包括設(shè)備驅(qū)動、自主開發(fā)微型操作系統(tǒng)和通用協(xié)議棧程序。為實現(xiàn)硬件控制,移植了多種硬件設(shè)備驅(qū)動并集成到模塊化開發(fā)組件中,上層程序可直接調(diào)用。自主開發(fā)的微型嵌入式操作系統(tǒng)包括任務(wù)存儲棧、任務(wù)運行棧、任務(wù)調(diào)度器和任務(wù)調(diào)度控制器等幾部分,內(nèi)部采用了目前主流的實時任務(wù)調(diào)度法并包含了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)常規(guī)的順序任務(wù)調(diào)度法,通過函數(shù)代碼為用戶提供控制接口,可完成操作系統(tǒng)的初始化及任務(wù)調(diào)度等功能,程序開發(fā)較為方便。無線通信控制采用二層EZMac協(xié)議移植版本,該協(xié)議為64字節(jié)短數(shù)據(jù)幀通信協(xié)議,通過適當修改后可適用于多種射頻前端。上述內(nèi)容經(jīng)實際設(shè)計完成后進行調(diào)試,各部分硬件及程序工作狀態(tài)良好,無線數(shù)據(jù)通信可靠,設(shè)備功耗較低,當任務(wù)總運行時間較長時,微型操作系統(tǒng)部分的任務(wù)調(diào)度效率明顯優(yōu)于常規(guī)順序任務(wù)調(diào)度方式且可進行復(fù)雜的算法程序調(diào)度,協(xié)議程序有效防止了數(shù)據(jù)包的碰撞并可使用配置文件實現(xiàn)無線組網(wǎng)功能。如連接相應(yīng)傳感器設(shè)備及上位機即可實現(xiàn)一套實用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP212.9

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本文編號：2803002