无线传感器网络信息采集设计

实验8无线传感器网络信息采集设计【实验基础】实验学时2学时实验目的•掌握智能家居中无线传感器的工作原理•学会使用ZigBee节点对无线传感器节点进行控制实验环境PC机一台(内安装IAR平台)无线路由一个智能网关一个ZigBee节点1ZigBee节点4-9ZigBee仿真器一套【实验原理】一、基本概念简介无线局域网无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks,缩写WLAN)是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。WLAN采用2.4/5.8GHzISM免费频段，传输速率可到600Mbps，实现100~300米的中近距离通信，支持动态速率调整、MESH组网和慢速移动。WLAN采用的标准协议主要是IEEE802.11系列协议，除此之外，其他的无线局域网标准协议还有蓝牙、UWB、ZigBee、WiMax、IrDA、HomeRF技术。本章所讲的无线局域网主要是指采用ZigBee技术的无线网络。ZigBee技术ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离(10~75米)、低功耗的无线通信技术。主要面向低速率无线个人区域网(LRWPAN，LowRateWirelessPersonalAreaNetwork)，其典型特征是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术，它是一种低速短距离传输的无线网络协议。Zigbee技术采用三种频段:2.4GHz、868MHz和915MHz。2.4GHz频段是全球通用频段，868MHz和915MHz则是用于美国和欧洲的ISM频段，这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。3.ZigBee网络结构在ZigBee网络中节点按照不同的功能，可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点3多个路由器和多个终端设备节点组成。其网络结3种网络拓扑。种。一个ZigBee网络由一个协调器节点、构具有星状、树状（tree）种。一个ZigBee网络由一个协调器节点、构具有星状、树状（tree）、网状（mesh）定义：无线传感器网络WSN（WirelessSensorNetwork），简称无线传感网，是一种自组织网络，通过大量低成本、资源受限的传感节点设备协同工作，实现信息感知和短距离传输任务。WSN是物联网感知层的主要技术之一。基本组成：WSN主要由3个部分组成：传感器节点+汇集节点（Sink/网关/基站）+管理节点（监控中心软件）。其中以传感器节点为核心单元。如下图所示。WSN的基本结构传感器节点：是一种微型嵌入式设备，由“传感器模块+处理器模块+无线通信模块+电源模块+其它外围电路”组成。传感器模块：包括各种传感器和A/D转换器，用于监控区域内的众多环境数据的采集和转换，执行控制器发来的各种命令。处理器模块：是节点的核心，用于完成数据处理、数据存储、执行通信协议和节点调度管理等工作。无线通信模块:负责和其它节点进行数据交换，包括数据的无线发送、接收和传输等。电源模块：是所有电子系统的基础，电源模块的设计直接关系到节点的寿命，一般采用微型电池。网关：网关相当于一个网络协调员，负责管理节点认证和消息缓冲，是有线和无线通信的桥梁，同时将接收到的数据进行融合、压缩及异构互联。监控中心：负责数据处理和信息发布。无线传感器网络组网配置要求本项目所讲的感知层无线局域网即是无线传感器网络。为保证该网络中的各设备能够进行正常的组网通信，需对其进行相应的组网参数配置。在ZigBee无线传感器网络的组网配置中，主要是对网络中各设备的网络标识号PANID、信道、波特率等进行配置。要使无线传感器网络中的各设备能进行正常的组网通信，需使得各设备的网络PANID、波特率保持一致，且各设备在同一个信道中才能进行相互的数据通信。在我们的智能家居实训系统中在选择实验2到实验7所用的传感器设备，用以搭建无线传感器网络，在检测到有人移动时会在信号线输出低点平，我们将ZigBee节点的信号线与其相连接。然后将节点和传感器的地线连接到一起，就可以得到两种状态，当信号线获得高电平时为正常检测状态，若变为低电平则说明有报警信息，所以我们只需要模拟这两种不同的状态信息就能模拟这些传感器在智能家居系统中的应用。【实验步骤】本实验以对ZigBee节点的高低电平输入模拟红外感应器的信号，具体操作将在实验中说明。参照实验2中对于ZigBee节点程序下载的方法(注意调试小组所分配的信道，以防止各个实验组之间干扰)，将实验2至实验7的程序下载到ZigBee节点3至节点9中，ZigBee节点的工程文件在“实验程序”文件夹内。程序验证首先将ZigBee协调器和网关相连接，打开智能网关和ZigBee协调器开关，然后打开ZigBee节点3至节点9,等待几秒钟后观察各个节点上的4个指示灯，4个灯都亮时表示节点正在搜索网络，当LED3、LED4熄灭时说明节点已经加入到了ZigBee协调器所搭建的网络中。在智能网关中，找到“我的设备-NandFlash-WSN-智能网关.exe”文件双击执行。进入智能家居控制软件，选择左侧其中一个节点。选择LED3按钮，同时观察ZigBee节点8上4个LED灯的变化，如下图节点上的LED3闪烁，说明ZigBee节点接收到了网关所发出的控制信号，学生可以自己控制网关上其他3个LED按钮并观察效果。

图8-1图8-1信息采集类ZigBee节点在实验中需要模拟出各类感应器报警系统在正常工作状态下持续发出的低电平信号和其在报警状态下的信号输出，就可以验证实验。打开PC机端的智能家居控制软件(运行软件前需保证ZigBee节点3至节点9在网络中，而智能网关和协调器都工作正常)，点击链接网关(若智能网关工作不正常电脑会提示)，在控制软件的列表里会显示有多少个节点在工作。图8-2智能家居控制中心截图g■MMF映gfl.e.s,n.ef-TjF；IM?*.CJ5点

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1T:I1・n:IJ.啜ngI.奴存］E；■岫•e时睥=ge门由5(5)首先将实验箱中的短接线插座连接到ZigBee节点，插座上预留的两根线(一根是地线，一根是信号线)，当信号线与地线断开时报警，说明有人被红外感应器感应到；当信号线与地线短接产生低电平信号不产生报警信号，说明没有人被红外感应器感应到。如图，红色圆圈内位置的是地线和信号线。图8-3ZigBee节点此时学生观察网关中LED5、LED6按钮的勾选是否消除，同时观察PC机控制软件是否出现相应的提示信息M虻地址鼠度。E握度口X无电口L=figi：哭日［节加］节