基于蓝牙的无线传感器网络实现的安全防范系统

1、编号： 毕业设计(论文)外文翻译（译文）院 （系）： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 梁峰茂 学 号： 0800120210 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 王斌 职 称： 讲师 2012 年 5 月 20 日桂林电子科技大学毕业设计（论文）译文用纸 第26 页 共 23 页基于蓝牙的无线传感器网络实现的安全防范系统.摘要：近几年，在无线通信和电子产品已经加快发展多种无线网络解决方案，以取代现有的有线网络的进展。 一种无线网络解决方案在网络中可以支持结点的移动性和适应性。特别是在传感器网络中,无线逻辑链路替换电缆有许多的优点。. 另一方面,蓝牙被普遍认为是一种有

2、前途的短距离无线技术由于它的成本较低,功耗小和设备小，因此蓝牙在各个行业中已经得到越来越多的关注。由于以上所述原因,我们采用蓝牙技术为一个无线传感器网络设计安全系统。. 既然蓝牙将继续作为一种特色被用在许多设备中,因此在无线传感网络中是值得我们去研究它、应用它的。在本篇论文中,我们描述了一种蓝牙无线传感网络的安全防范系统,其中讨论了系统体系结构,动力管理,网络的自我配置,和路由。. 我们认为本论文中描述的那些方法和算法在无线网络中可以很容易的应用在其他的嵌入式蓝牙系统。. 关键字：术语索引：无线,传感网络,蓝牙,安全防范系统. 绪论. 蓝牙用在短距离无线电通信线路中,它不需要电缆就可以直接连接

3、各种便携式和（或）固定的电子设备。. 它将在适当的场合取代电缆，用一个普通的无线电链路的来连接各设备。它的主要特点是稳定，复杂度低，小功率和低成本。. 在混乱的频率环境中，蓝牙无线通信用快速确认和跳频的方法来保证连接的稳定。蓝牙电波调制在2.4GHz，ISM（工业、科学和医学）所使用的频带以外，因而避免了在传输或者接受一个数据包后跳到一个新频率时受到其他信号的干扰。. 在同一个频带内与其他的系统相比，蓝牙通信跳频较快、传输的数据包较短。在本论文中，我们将介绍一种用于无线传感器网络的蓝牙安全防范系统。. 另一方面，一个传感器网络是由大量的传感结点组成，那些结点密集的分布于网络内部或者在网络附近。

4、. 接点的位置不需要被预先确定。这就允许任意的安装在难到达的地方实施救灾等活动。. 而在已经存在的有线安全防范系统中，由于所有的结点都必须用电缆连接起来，无论何时它们被建立起来时，都必须用电缆把那些结点和当地的安全防范系统连接起来。如果用电缆连接传感接点，那不仅会花费大量的成本而且还难以维护和修补。. 而且很难改变接点的位置，还有如果有什么突发事故（比如灾难）破坏了有线网络，那么与之相应的结点都将丧失他们的功能。因此如果结点和本地安全防范系统的连接用无线通信技术，那么建立结点时会受到位置的限制将会消失，而且比现有的有线网拥有更多的优点：易建立、维护、和故障恢复。. 典型的近程无线通信技术蓝牙技

5、术,IEEE（电气及电子工程师学会）802.11WLAN(无线域网)协议,射频和红外线数据协会。蓝牙有以下特点：. 蓝牙调制在2.4GHz ISM 规定的频带内，可以适应以低价批量生产并在全世界推广和使用。. 况且蓝牙已经能够不需要配置手册而应用在个人局域网中，那意味着蓝牙调制的结点能够建立在所有有人的地方。它可以确保在低能量状态下有效运行。. 结点的小功耗可以有效率的节省电池能量。. 为了克服有线传感器网络的限制，我们建议使用蓝牙技术为无线传感器网络建立安全防范系统。这个网络由敏感结点，传递结点和控制结点组成。. 所有结点之间的连接使用蓝牙模块。敏感结点和传递结点负责检测突发事件（例如. 某

6、人未经允许进入警戒区内）和得出的事件报告传送到控制结点。然后,由控制结点把从敏感结点或者传递结点那里得到的报告信息传送给安全控制系统，同时回复一个确认消息给通信结点。. 如果敏感结点不能直接抵达到控制结点，那处在他们之间的传递结点可以把那些消息从敏感接点传到控制结点。所有的结点收/发数据包都经由一个植入在结点中的蓝牙模块。. 在这篇论文中，我们主要介绍组建这种网络所涉及到的技术要点，介绍了系统体系结构，功率调节，自我网络配置和路由。这种蓝牙的网络配置是基于Piconets的，Piconet由一个主设备和7个以上的从设备组成。. 所以，在网络中使用蓝牙树形的拓扑结构就自然被认为是一种最适当的的选

7、择。因此，树形拓扑结构就被用来配置网络和路由。. 树形布局拥有很多的优点，它可以很容易的找到多种跳跃路径到达控制单元或者某一个具体的结点，这样就有利于维护网络和控制物理媒质通路。. 本论文的组织如下。在两节里概括的介绍了蓝牙技术。. 第三节，全面的描述了系统结构。系统的发展和性能评价放在第四节讲述，第五节作出结论。. II 蓝牙系统总述. 图一给出了蓝牙的总体硬件体系结构。它由模拟部分，蓝牙无线电发送，数字部分和蓝牙主机控制器组成。. 图 蓝牙硬件体系结构. 蓝牙用无线电发送包括无线电收发机和天线，无线电波工作在2.4GHz 的ISM波带上。. 信息调制是用的GFSK(高斯频移键控)，速率是1

8、M 码元/秒，有79个1MHz 的传输通道。信号在79个通道上以1600跳每秒的速率跳频。. 主控制器由三个部分组成：链路控制器(电平调节),中央处理机核,和一个外部接口。链路控制器分为硬件部分和软件部分，链路控制器主要负责执行蓝牙基带处理和物理层协议比如自动重发请求(自动重发请求)和前向差错控制(前向纠错)。. 中央处理器核负责执行连接管理软件。在没有主设备参与的情况下它让蓝牙模块查询和过滤出所需要的信息。. 外部接口提供了主机和主控制器之间的通信信道,主要是RS 232接口和USB(通用串行总线) 接口。. 图(a)Piconets的单一从属操作,(b)多从属操作. (c)scattern

9、et 操作. 蓝牙是一种点对点的连接方式(仅在两个蓝牙单元之间),或者是一种一对多的点连接方式，参见图在点对多点的连接中，信道同时被几个蓝牙单元共享。在piconet 中两个或两个以上的单元共享同一个信道，其中的一个蓝牙单元作为主Piconet，而另外的蓝牙单元就是从机。在Piconet中最多可以拥有7个从机。多个piconets 由分散的网交叠覆盖。每个Piconet只有一个主机。然而,从机可以参与不同的Piconets以时分多路复用为基础。各Piconet多有它自己的跳频信道。. 主机和从机之间被定义为双向链路类型:. 同步连接-面向连接链路. 异步连接-无连接链路. 在Piconet中S

10、CO 链路是一种主机与从机之间的点对点连接。ACL 是在主机与所有Piconet之中的从机之间的点对多点连接方式。. 两个蓝牙设备之间的通信必须经过信息包。蓝牙信息包由三个主要部分组成，存取码,信息包头,和负载,如图3所示。存取码用于同步和识别数据包所在的信道。. 如果包头是正确的，那么存取码的长度是72位，否则它的长度是68位。包头用于识别包的发送者和包的类型。. 经过编码的包头域为54位。数据包中包含有用信息部分的净负荷占一个,三个,或者五个时隙。. 每一个时隙是625s。. 图蓝牙数据包格式. 主控制器接口(HCI)驱动提供了统一的接口访问蓝牙硬件。HCI 固化在主控制器一边，HCI 通

11、过连接管理程序命令，硬件状态寄存器，控制寄存器，和结果寄存器控制蓝牙硬件执行命名，. 图形4展示了主控制器接口的概念。. 图主控制器接口软件层.III 系统体系结构.在本节,我们给出了这个建议的系统的完整说明。为了有助于理解系统操作,我们首先从总体上介绍系统的工作水流然后介绍网络配置和路由的初始化程序。. 最后的,我们介绍系统中每一个结点的更详细地操作。. A. 系统总述. 建立建议系统的目的是监测安装安全系统的建筑物的侵入情况，系统是由很多的敏感元件、传递结点和控制结点组成的。图5阐明了这个系统的通信环境。. 敏感元件结点处于各场所在这建筑物和合理的连接到那控制结点,哪些位于某一给予这建筑物

12、和可以是达到经由转播结点。. 图通信环境. 控制结点被连接到本地的安全控制系统，此系统通过一台PC 机处理执行任务。建筑物内的操作者通过安全控制体统可以实时的监控整个系统。. 也就是说，只要有需要操作者可以在任何时间查看某一个房间的情况和监测系统中的某一个敏感元件或者传递结点的操作状态。同时，本地的安全控制系统经由因特网与中央安全控制系统连接在一起。. 不过在本论文中我们不涉及这个问题。. 敏感元件和传递结点主要探测是否有异常然后把探测结果报告给控制结点。然后控制结点把来自敏感元件或者传递结点的报告结果传输给当地的安全控制系统，再给通信结点发送一个ACK（确认）信息包。. 通信结点发送了事件结

13、果信息包后必须收到一个来自控制结点的ACK 包，以检验事件结果信息包确实已经传达到了控制结点。如果敏感元件结点不能直接抵达控制结点,那位于敏感元件结点和控制结点之间的传递结点就负责传递消息到控制结点。. 就是说，如果敏感元件结点不能访问控制结点(如,控制结点被安置在敏感元件结点的范围以外),传递结点就放置在他们之间从而形成从敏感元件结点到控制结点的的路径。所有的结点收/发信息包都是经由植入的他们的蓝牙模块来实现的。. 当异常事件被敏感元件或者传递结点探测出时,这个探测结果就被转化成一个预先确定的与事件结果相对应的值,然后以信息包的形式通过无线电通信线路传输给控制结点。在这篇文章中，我们假定敏感

14、元件和传递结点有仿真某事件的转换开关,例如,. 为了方便起见,结点中的运动检测器探测物体移动。. 由于敏感元件和传递结点必须在没有外部电源提供的情况下运行很长时间，所以减小功率消耗是非常重要的。用一个功率管理模块来确保电池提供的电能可以得到有效率的节省。. 控制结点没有功率管理模块，因为它的能量可以由外部的电源线来提供。. 结点的应用程序通过HCI 接口直接驱动蓝牙模块，不需要上层协议的支持，比如L2CAP和RFCOMM。它的基本功能是消除上层协议对应用程序执行的影响。. 经过这么做，我们可以大大的减少程序代码的大小，还可以让程序在单一处理器上运行。我们就可以大大减小蓝牙主控制器 ARM CP

15、U 处理核的功耗和存储器。. 如果CPU 需要多处理操作，然后CPU资源，如处理功耗和存储器的需求就会增加。. B. 网络配置. 敏感元件和传递结点都一样不能直接与控制结点建立通信。因此网络配置是需要多次的跳频路线路由信息包，同时还需要维护结点,但是这些操作并不需要手动设置，而全是自动配置的。. 象前面第一节中介绍的，在建议系统中树形布局被用于网络配置，如图7 所示。. 树形布局有很多优点，因为树形拓扑可以很容易的找到一条多跳路径通往控制结点或者某一个具体的结点，易于维护网络结构，易于控制媒质通道和传送定时。. 另外，每一个蓝牙设备都分配了一个唯一的48 位蓝牙设备地址(BD_ADDR)。.

16、这个地址源自于IEEE 802标准。有个这个地址，蓝牙收发器就可以在一跳范围内实现相互通信。. 除BD_ADDR 地址之外，为了在树形拓扑网络中能容易找到多跳路径我们又定义了一种逻辑地址，比如IP 地址。. 为了配置网络，每个结点首先应该获得一些初始化信息，比如它的地址，然后通过蓝牙规范中定义的查询程序来寻找它的邻居。最后网络配置还有一个必须的步骤邻居之间通过通信交换信息。. 网络配置流程如图6所示，展示了结点的分布式建立. 网络配置的程序总结如下. 1)打开电源准备建网，先读存储器获得地址和其他的信息。. 2)执行查询程序找到相邻节点，建立地址表的关键的一步是存储应答结点的信息(例如,BD_

17、ADDR地址,时钟信息,等等)。查询程序继续执行直到找到N个相邻节点或者在设定的期限内执行。. 3)网络配置还需要结点顺着连接线路一个接一个发送请求，交换数据包包括逻辑地址及其他的必要信息。. 4)通过比较自己的逻辑地址和收到的逻辑地址来决定他们之间的逻辑关系,关系类型包括：父节点，子节点或者没有什么都不是，最后把这些结果信息存储在地址表中。. 5)敏感元件和传递结点进入电源管理模块，控制结点进入备用状态，等待执行任务。. 图网络配置流程. 网络配置完成后，查询程序变为周期性的执行,因为在运行时间内可能会有结点消失或者有新结点出现。如果一个结点早已被查询但没有得到它的查询回复，我们可以认为已经

18、移出了查询结点的范围或者认为这个结点是有故障的结点。. 因此，如果查询结点连续发送了三个查询请求都没有得到响应,那么最后就将这个结点从查询结点的存储器中清除。如果一个结点在最近的一次查询之前没有被查询过，那么查询结点通过交换含有逻辑地址和其他必要信息的信息包的方式来获得和存储这个新记录。. 一般查询周期为5分钟。然而,由于传递结点或者敏感元件结点必须与它的父节点连接才能正常运转，所以如果父结点没有被查询到，那么这个结点就会以40秒为周期查询父结点一直到查询到为止。. 而敏感元件结点一旦找到它的父节点,它就不再查询了除非父节点丢失了。但是,这也没什么关系因为敏感元件结点不传递信息包到另一个结点。

19、. 这也就意味着敏感元件结点不会周期性的执行查询程序。. 敏感元件结点需要进行能量调节,所以它不会查询父节点除非父结点消失了。如果敏感元件结点定期的查询那么它将耗费更多的能量。. 结点经历以上所述的网络配置程序,他们就可以完成如图所示的基于树形布局的网络配置。随着树的深度变深，为了识别逻辑地址就在逻辑地址的后面增加了额外的值，使得逻辑地址变得更长。. 例如,如图7所示,如果控制结点的逻辑地址是3,那么控制结点以下的结点逻辑地址就是3.1,3.2,3.x,而结点3.1以下的结点的逻辑地址就是3.1.1,3.1.2,3.1.x 。由于这样的分层地址方案,我们就可以容易的在第3.C节中说明的树形布局

20、网络中找到多跳路径。. 图网络配置. 在网络配置站，每个结点与它相邻的节点交换信息包，交换的包包括网络配置为所需的重要信息，比如逻辑地址和比较本地结点与相邻结点的逻辑地址从而得出这两个结点的逻辑关系。本地结点可是相邻结点的父结点，子结点或者没有关系，本地结点将比较的结果存入地址表中。. 图地址表. 例如,传递结点的地址表，它与逻辑地址3.2.2.1的关系如图8 所示。这个地址表用于寻找路由。. 它利用了结构数组。地址表的数据结构在3.E节里面再详细的介绍。. C. 路由. 在建议系统中路由数据包是非常简单的事情，因为数据包发送是通过敏感元件或者传递结点送往控制结点的，而且网络配置采用的是树形拓

21、扑结构。在这种情况下，敏感元件或者传递结点发送一个数据分组,它仅仅是把数据分组发送到它的父结点。. 同样的,那个父结点又传递数据包给它的父结点。以这样的方式，数据包最后就到达了控制结点。. 例如,如果地址为3.2.2.1.1的敏感元件结点要发送一个数据包给控制结点,那首先要从地址表中找到它的父结点然后把包传送到地址为3.2.2.1.的结点。. 然后传递结点发送信息包到它的父节点,那就是说,传递结点的地址就是3.2.2. 以这样的方法，信息包最后将到达控制结点。在控制结点收到包以后，它就可以从发来的包头中获得包的源地址，然后以这个源地址向源结点发送一个ACK 确认包给. 地址为3.2.2.1.1

22、.的敏感元件结点。由于路由使用的是分层地址方案,控制结点发送 ACK 确认包给地址3.2转播而不是直接发送给转播结点3.1。. 在转播结点收到那个确认包后，它将查寻它的路由地址表，在地址表的逻辑地址域中比较确认包中的目的地址。然后它发现最佳匹配的地址是3.2.2.，那意味着转播结点传递确认包的下一跳地址是3.2.2。. 这样下去，确认包最后就到达了地址为3.2.2.1.1的敏感元件结点,那就是说,发送信息包的那个结点收到了控制结点的确认包。. 图数据流程图. 图9描述了建议的系统的数据流程图。当敏感元件结点探测到事情发生时，它就从省电模式转换到工作模式。. 然后它首先报告转播结点1 (也就是，

23、它的亲代节点)，然后发送一个信息包通知控制结点有事情发送。. 然后,信息包就经过中间结点到达控制结点,也就是说经过转播结点1和2 。当最后控制结点收到转播结点传来的包，它将作出这个事件的报告发给当地的安全控制系统，然后再发送一个ACK 确认包给敏感元件结点通知它信息包已经收到了。. 当敏感元件结点收到经过转播结点传来的确认包后，它将结束它的工作，又重新回到省电模式直到下一个事情发生。. 为了可靠的传送数据我们除了使用上层自动重发请求（ARQ ）外还使用了链路级自动重发请求（也就是端到端的自动重发请求）。链路级自动重发请求发送的是OK包，而上层自动重发请求发送的是ACK 确认包。. 对两个ARQ

24、 ，发送方为数据包设置了一个中继计数器和等待确认计数器。如果发生超时,发送方就重新发送数据包。. 如果中继发生超时三次，那就抛弃这个中继尝试。如果链路级ARQ 的中继尝试被抛弃,发送方就从它的存储器中删去接收方没有收到包的信息，再调用查询程序试图从新找到接收方。. 另一方面，如果上层ARQ 的中继尝试被抛弃,那发送方就只是从它的存储器中删去丢失包的信息。也就是说，它从预先设置好的中继中查询它的传送队列然后删去与确认包相符的入口。. 图10展示了图7所示的网络配置的数据传输序列。在这种情况下，地址为3.2.2.1.2的发送结点发送了一个数据包给地址为3的控制结点。. 图数据传输序列的一个例子.

25、建议系统中使用的包格式总结在表I. 中，在两个结点之间使用请求包和发送包来交换数据。. 表I. 包格式.从现在起，我们把注意力放在两个结点之间的数据传输。发送方首先需要从接收方获得连接所需的信息。. 但是,查询程序对数据传输是不必要的，因为它已经在网络配置站或者周期的查询中执行。在接收方应答了发送请求后，发送方才可以发送信息包给接收方。. 在本论文中，我们没有考虑蓝牙分散网，因此在发送包时各结点必须从主控方式中把蓝牙模式改为从动模式。. D. 结点的运转. 由于敏感元件或者转播结点必须在没有外部电源提供的情况下工作很长时间，所以所有的敏感元件或者转播结点大多数时间都工作在省电模式。蓝牙技术中定

26、义了省电模式用于节省电能。. 控制结点是通过UART(通用异步接收发送器)接口连接到当地的安全控制系统中的，由于控制结点运行在有外部电源提供的环境中所以就没有必要采用省电模式。. 建议系统中的所有结点都受管理人员控制。敏感元件的硬件与转播结点相同，它们是由蓝牙模块和电子开关组成，可以感应外部事件，比如运动检测。. 敏感元件结点和传递结点的软件是在蓝牙模块的CPU 核中运行的。. 敏感元件结点和转播结点的大多数功能是一样的，只不过转播结点还可以转送信息包。. 如果一个敏感元件结点或者转播结点探测到事件的发生，那么它将从省电模式变成工作模式并执行与事件相符的具体操作。然后在从新进入到省电模式等待下

27、一个事件的发生，如图11所示。. 图敏感元件结点或者转播结点的操作流程图. 事件与操作的对应关系总结如下。. 外部输入事件(例如,敏感元件探测到入侵者):.我们通过电子开关仿效这个事件。探测到事件发生的这个结点做出与事件相符的报告作为信息以包的形式发送给当地的安全控制系统。. 为了发送包，它从地址表中查询它的父结点的逻辑地址，然后向父结点发送信息包。.中继超时：这些事件具体分为两种，链路级ARQ 中继超时和上层ARQ 中继超时。我们已经在3.C节中详细说明了ARQ 方案。. 查询超时：这种事件发生在周期的查询次数超时。这我们也在3.B 节中详细的介绍了周期查询程序。. 访问：这种事件发生在一个

28、结点被访问时。根据广播查找的目的结点将执行以下的不同操作。. 如果结点被访问当收到发送来的OK 包时，那它将查询它的预先设置好的中继传输队列。然后从队列中删去与OK包相符的入口，由于OK 包意味着有效传输到了。. 如果结点是收到的ACK 包的最后目的地址，那么它将执行与上一步一样的操作。如果它不是最后的目的地址，那它就仅仅传递那个ACK 包。. 如果它被访问当一个新结点想要加入网络时，那就询问新结点的信息，然后发送一个包括逻辑地址及其他连接所需的必要信息的信息包到新结点去。. 如果它被访问当本地安全控制系统想要监视它的状态时，那它就发送一个包含状态信息的包。. 如果它被访问由于需要它传递信息包

29、，那它就根据多跳路径发送一个包到下一个结点，但不会修改源节点的地址。. 这种情况只发生在它是一个转播结点时。. 另一方面，控制结点也可以完成敏感元件和转播结点的大多数功能。此外控制结点还可以把来自敏感元件结点或者转播结点的信息通过UART 接口报告给安全控制系统，还可以根据系统操作员的需要和具体结点的状态完成控制操作。. E. 数据结构. 每个结点都有一个地址表，它记录了它的相邻结点的逻辑地址以及与路由和连接有关的重要信息。结点使用地址表来路由包或者访问其他的结点。. 地址表被定义为如表 II 所示的排列结构：addr_table_t. 表II 地址表的数据结构. Log_addr域决定了最大

30、的树的深度。MAX_ADDR_SIZ设置的默认值为 8 ；因此最大的树的深度是8。. Relation 域定义了本结点和它的相邻结点的关系，如父子关系或者没有关系。mac_addr ,class_dev 和clock_oset 这些域是用于访问的。. F_count 域用于计数链路级的中继次数。如果它的值超过了定义值,那就从地址表中删去通信入口。. 表III 定义的数据结构用于传送包。它定义为排列结构data_q_t。. Data_q 的每个元素都与传送包相符，而且排列本身就构成了一个用于发送包队列。. 表III 工作队列的输入. Flag域标志出排列的元素中是否有数据。. Tr_count域

31、用于上层分组重发。如果tr_count是 0 ,那结点核对p_type,根据p_type定义的类型产生包，发送包，或者传递包。. 结构体中的p_type包含了发送包的净荷数据。结构体中的msg_tmsg 用于信息包。. Sig_tsig 域用于标记包信息比如请求包和应答包。ack_tack域用于包确认比如发送OK 包和Ack 包。. 如果tr_count比 0大，那结点就会知道那个包在到达以前已经被其它结点转送过了，因此核对s_time域看需要多长时间用于等待确认包。因此，通过利用s_time,结点就可以知道是否要执行中继传送。. IV 实验和讨论. 在本节中，我们将介绍建议系统的实验环境和当

32、前的实验结果。. A. A 实验环境. 图12展示了建议系统的开发板。它由蓝牙模块，射频子插件，UART 端口和一个4位的开关作为外部仿真输入。. 蓝牙模块是一个ARM-7 TDMI CPU 核。应用程序和下层蓝牙协议的程序码就被一起固化在ARM -7TDMI CPU 核内运行。. 我们用C语言在PC.机上编应用程序，由于ARM-7TDMI 需要的是二进制文件,ARM 通过编译程序将源文件转换为二进制文件。. ARM Multi ICE 用于从PC 机上下载可执行的二进制文件到开发板。当开发板运行时我们可以读出蓝牙模块的寄存器值和存储器值。. 我们还可以手动设置那些值，因此，开发者的开发过程是

33、非常方便的。. 图开发板. 在建议系统中，既然我们在应用程序中执行了HCI 命令,那应用程序就可以直接驱动蓝牙模块而不需要上层协议比如L2CAP 和RFCOMM 的帮助。但是,除去了上层协议，那它的基本功能就需要应用程序来执行可靠的数据通信。. 通过这个方法，就如前面所述，我们就可以在程序代码大小,处理能力,存储资源和功率消耗等方面拥有许多的优点。. 图实验环境. 图形13显示了实验环境的一个例子。PC机通过UART接口和Multi -ICE与结点连接在一起。. 他们用来监视结点和调试各结点的源代码。图形右边的PC 就是安全控制系统。. 来自敏感元件结点感知到的事件信息经过转播结点被传递到控制

34、结点,于是控制结点经过UART 接口报告本地安全防范系统。同时操作者通过UART 接口从当地安全控制系统发送消息到事发结点。. 当事件被控制结点报道出去时，本地安全控制系统就以在屏幕上信息显示或者警报的方式通知操作者。图形14显示了监视结果的一个例子。. 图 监视器结果. B. B 实验结果. 为了评价已实现的系统的性能,我们已经进行了两个实验。我们首先要测量查询相邻结点需要花费的时间以及查询结点与被查询结点之间交换数据所需的时间。这个时间由：查询时间，访问时间，数据交换时间构成。. 我们测量从调查程序开始执行到数据交换结束的周期。图15展示了测量结果。. 我们假定查询程序是在网络配置站中执行

35、的。在这个站中，每个结点为了找到它的相邻结点连续不断的的查询4秒,然后它访问被查询到的结点，结点为了获得网络配置所需的信息与被查询结点一个接一个的交换数据。. 结果显示出周期时间几乎与相邻结点的数量成正比。这是因为查询程序连续不断的执行4秒，而不管相邻结点的数量是多少、访问时间为多长，也不管在数据交换时每个结点会花费大约0.8秒。. 图结点数量决定查询时间和数据交换时间. 第二步,我们测量出在敏感元件结点和控制结点之间完全传输完数据所要花费的时间。测量敏感元件结点开始发送信息包到它收到与发送信息包相符的ACK 包为止的时间周期。. 图16展示了两个结点之间的转播结点数量对周期时间的变化影响。如

36、果转播结点的数量是两个，那需要的总结点数量就是四个，这就意味着树的深度也是四。. 在每个情况下，我们都实验执行了五次。随着树深度的增加,完成数据传输的时间也会增加。. 另外,当增加一个结点时,大约需要额外花费3秒。我们设想如果分散网可以在本系统中才用，这些时间将得到大大的缩短。. 图树深对传送时间的影响. V. 结论与展望. 我们已经讨论建立了一个基于蓝牙的无线传感器网络的安全防范系统。. 我们介绍了它的系统总体结构,功率调节,自我网络结构配置和路由。在本论文中，网络配置和路由利用的是树形拓扑结构，因为树形布局被认为是蓝牙网络的最佳选择。. 因此，在建议网络中寻找路径是很容易的事情。而且它在网

37、络维护和控制媒介通路方面还有许多优点。. 我们还发展另外结点应用程序，使得结点可以通过HCI 接口直接驱动他们的蓝牙模块，而不需要上层协议的帮助。被取代的上层协议的基本功能就由结点应用程序来执行完成。. 经过这样的处理，我们就可以很好的在蓝牙主控制器中使用那些处理能力和存储器都受到限制的ARM CPU 核。. 我们认为本论文中建议的方案可以作为许多嵌入式蓝牙网络的参考。在建议网络中，端到端的数据传输耗时较长，因为蓝牙不是分布式网络。我们把这个问题留到以后解决。基于ARM和CAN总线的加煤筛选自动配置系统 马宪明，松小如摘要: 0>ARM (Advanced RISC Machines)

38、microcontroller is widely used in lots of fields with characteristics of high-performance, small volume, low power dissipation and low-cost exactly; CAN (Controller Area Network) Bus is a bus system. It is especially suited for networking “intelligent” I/O devices.<0>ARM (高级 RISC 机)微控制器由于它的高性能

39、,小体积，低功率耗损和低成本等特性被广泛应用于许多领域；CAN (控制器区域网)总线是一个总线系统，它在网络“智能”I/O设备中尤其适用。<0. 0>In this paper, It is introduced to explore a new method for the coal dry selection that the coal gangue on-line recognition and automation selection system based on the newly ARM microcontroller (AT91M40800) and CAN Bus

40、 (SJA1000) in brief. CPLD technology (EPM7128) is used to modulate time sequence and on-line update program.<0>在这篇论文中，介绍了一种新方法，基于新式的ARM 微控制器(AT 91M40800)和CAN 总线(SJA 1000)的自动选煤系统，用于将煤从矿石中自动选出干净的煤。CPLD技术(EPM 7128)用于调整时序和在线更新程序。<0. 0>Firstly, the digital image processing technology and arit

41、hmetic is expatiated in particular. Then the design of the interface circuits is in detail discussed between the ARM microcontroller and the CAN Bus, and last the flow diagram of the software is given.<0>首先，详细叙述数字图像处理技术和算术。然后再讨论ARM 微控制器和CAN 总线之间的接口的设计细节。最后再给出软件流程图。<0. 0>Experiments show

42、that the design is successful.<0>实验显示本设计是成功的。<0. 0>Keywords:<0>关键字:<0. 0>ARM microcontroller; CAN Bus; Coal gangue; Image processing; CPLD<0>ARM 微控制器；CAN 总线；煤矿石；图象处理;CPLD<0. 0>1. Introduction <0>介绍：<0. 0>Embedded system design plays an important role i

43、n modern electric design. ARM microcontroller, which is high-performance, small volume, low power dissipation and low-cost presents powerful trend in development.<0>嵌入式系统设计在现代电子设计中扮演着重要的角色。ARM 微控制器，它拥有高性能，体积小，低功耗和低成本等性能已成为强有力的发展趋势。<0. 0>CAN Bus is the leading provider with the field bus

44、technology.<0>CAN总线是总线技术领域的主导。<0. 0>A new modification program is offered for the traditional coal selection technology taking advantage of their merits. A new way is given to on-line recognize and select automatically the coal and the gangue based on the ARM microcontroller and the CAN

45、Bus network.<0>一种新的修正程序被使用在传统的选煤技术中，发挥着他们的优点。一种基于ARM 微控制器和CAN 总线网的新方法被用来辨认和选择煤和脉石。<0. 0>The general system is involved in digital image processing arithmetic, ARM microcontroller, CAN Bus and CPLD etc.<0>整个系统将涉及到数字图像处理算法,ARM 微控制器，CAN总线和CPLD等等。<0. 0>2. The general system <0

46、>系统概述：<0. 0>According to the pattern recognition, the ARM microcontroller is the controller core in this paper. The digital image processing technology acts as the theory rules, and the general system can on-line recognize and automatically select the gangue from the coal.<0>根据模式识别,AR

47、M 微控制器是本文核心。数字图像处理技术是理论标准,整个系统可以在线辨认和自动从煤矿中选择脉石。<0. 0>CCD collects the coal and gangue images. After A/D converted, ARM microcontroller deals with data and gives the information is displayed on the PC and to the classification equipment classified.<0>CCD采集煤矿和脉石的图象。然后经过一个A/D（数/模）转换,ARM 微控

48、制器处理数据以后将处理信息显示在PC机上，再分类控制设备。<0. 0>It can implement the automation selection the coal gangue. The block diagram of the general system is shown in figure 1:<0>这样就可以实现自动控制选煤。图 1 展示了整个系统的方框图。<0. 0>Figure 1. The general system block diagram<0>图形系统框图<0. 0>The system is divid

49、ed into 3 parts according to the production processing:<0>根据生产过程系统被分成3个部分:<0. 0>(1) Detection Part: It is including band carrier, CCD and the circuits of data acquisition. Generally speaking, after screen separation blocking original coal is cameraed by CCD from feed funnel to band carri

50、er.<0>(1)探测部分:它包括传送带,CCD 和数据获取电路。一般而言,需要筛分的原煤是在从进料斗到传送带时被CCD 摄像。<0. 0>The block images would go into the circuits of the data acquisition. And then, the received information will be coped with by ARM microcontroller.<0>然后那个块图象进入数据获取电路。然后,由ARM 微控制器处理收到的信息。<0. 0>(2) Identificat

51、ion and Control Part: PC, ARM and measurement control devices are made up of the identification and control part. It is the core of the whole system.<0>(2)识别与控制部分:由PC ,ARM 和测量控制装置组成识别与控制部分。它是整体体系的核心。<0. 0>Firstly, the content of ashes of the gangues are figured out. Then coal or gangue w

52、ill be decided by ARM microcontroller.<0>首先，脉石的灰分含量被得出。然后由ARM 微控制器决定是煤或者是脉石。<0. 0>If it is coal, the control equipments will not act, the original coal will be into coal channel; Or else, a control single will be given to the execution unit, then open the valve, the gangues will be into

53、gangues channel.<0>如果它是加煤,控制设备不会运行，原煤将进入加煤通道；否则将给执行部件一个控制命令，然后打开阀,脉石将会进入到脉石通道。<0. 0>(3) Classification Equipment: Generally, it is including valve, material and current supply system. The gangue can be separated from the coal.<0>(3)分级设备:大概的,它包括阀,原料和供电系统。脉石可以从加煤中分离出来。<0. 0>3.

54、Digital image processing arithmetic <0>3.数字图像处理算法：<0. 0>Median filtering retrains the image noises and makes the image edge smooth. Then according to histogram of the gray image, the threshold of this image can be got.<0>中值滤波器能消除图象的干扰噪声使影像边缘变得平滑。然后根据图象灰度，图象阀值可以给出图象的柱状图。<0. 0>

55、The threshold method to get a binary image can be gained, the image edge can be detected, and then its border is obtained, the median filtering image is mapped, and its non-background original image can be acquired. Finally the mean and variance of the gray image are calculated, and compared them to

56、 the sample and judge whether this image is a gangue image or not.<0>阀值法可以得到图象的二进制映象,而图象的边缘就可以被检测出，然后就得到了图象的边沿，中值滤波器图象被映射就得到了没有背景的原像。最后灰色影像的平均数和差异就被计算了出来，把他们与样品做比较就可以判断这个影像是脉石还是煤。<0. 0>The general processes are as follows:<0>将军处理如下:<0. 0>(1) Image preprocess<0>(1)影像预处理&

57、lt;0. 0>From the actual scenery to image information, due to some factors, the output image quality will somewhat fall or degenerate, when the image is creating, transferring and transforming, image preprocess is adopting some strengthen and recover image operation. Its aim is studying to obtain

58、oneself and specific limitation of the image.<0>从图像信息的真实背景看，由于某些因素,输出图象的质量将有某种程度的下降或者退化,当图象产生，传输和变换时，图象预处理是采用加强和恢复图象的操作。它的目的是研究获得图象和图象的具体限制。<0. 0>Image preprocess is composed of image smoothness and sharpening. Median filtering is adopted the image smoothness.<0>图象预处理由图象平滑和削尖组成。中值滤波器用于图象平滑。<0. 0>1) Median filtering<0>1)中值滤波器<0. 0>The median filtering is for the one-dimension signal process. But soon after, it is for the two-dimensions image smoothness.<0>中值滤波器先完成一寸信号处理的。但是不久以后,它完成二寸图象平滑。<0. 0>The essence of median filtering