一种基于ZigBee协议的动态数据采集系统的实现

摘要：动态数据采集有着采集范围大、采集点众多、数据通信困难、布线空间有限、自动作业等特点，传统的以总线方式组成网络的采集系统很难满足这种应用要求。在此动态数据采集系统的设计充分借鉴无线传感器网络设计思想，探讨一种基于ZigBee协议无线传榆的设计方案，具有低功耗、灵活性强、可扩展好、体积小、成本低等特点，解决了传统的采集系统的设计瓶颈，并具有新的优异特性。
关键词：ZigBee；无线传感器网络；动态数据采集；TinyOS

O 引言
数据采集是获取信息的基本手段，作为信息科学的一个重要分支，数据采集技术是包括了传感器技术、信号处理、数据通信、微型计算机等技术的一门综合应用技术。在实际应用中，很多数据采集系统往往很难实现对动态目标进行实时采集和监控。对动态数据采集系统来说，有着采集范围大、采集点众多、布线空间有限、体积小、自动作业等特点，传统的以总线方式组成网络的采集系统很难满足这种应用要求。
在此探讨的动态数据采集系统由动态数据采集节点组成，以自组织方式构成的无线网络。节点软硬件设计借鉴无线传感器的节点设计思想，采用MSP430系列微处理器芯片和FLASH芯片分别作为处理和存储单元；采用USB转串口芯片FT232BM完成MSP430的BSL下载电路和MSP430与PC的串行通信接口；采用CC2420模块完成了支持802.15.4／ZigBee协议的无线通信模块设计。开发出的硬件平台既可以作为终端采集节点，又可以作为通信网关进行数据的收发。软件系统设计上，移植无线传感器专门的嵌入式操作系统TinyOS到MSP430微处理器，使用nesC语言编写应用程序。系统以温度作为采集变量，建立了一个具有采集温度数据、预处理、打包无线传输功能的动态数据采集系统终端节点的设计。并利用终端节点的PC接口实现网关的功能，完成网关应用程序设计。

1 节点设计
1．1 节点的一般结构
一个典型的无线传感器网络节点设计包括了传感器单元、数据处理单元、无线通信单元和电源管理单元，以及用户接口等一些扩展设计单元，如图1所示。


1．2 节点设计的要求
节点设计主要有3点要求。第一，动态数据采集系统的采集对象往往是目标的温度、湿度、速度等参数，整个系统需要在无人环境下长期正常工作，因此低功耗设计是动态数据采集系统的首要要素；第二，动态数据采集系统处理数率较低、数据传输量少、主要采用无线传输的形式，因此选择无须许可的、合适、低价的通信方式是保证动态数据采集系统正常工作的关键。第三，本系统采集的对象主要是针对飞禽走兽等野生动物，为了实现监控的方便，采集节点还必须要满足体积小、灵活性强等特点。