江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书机电工程学院 测控技术及仪器专业 07级（11届）1班 学号 16学生 陈顺题 目：基于ARM的无线传感器网络节点设计原始依据：随着通讯与网络技术的发展，无线传感网络技术被广泛应用于各种领域，如科学勘查、情报收集、安全监控等。不管是工业控制、农业生产还是网络通信，无线传感器网络都越来越被重视，同时，随着嵌入式系统技术的发展，尤其是ARM系统的快速发展，高档微处理器被逐渐应用于各种通讯和网络设备，尤其是实时性要求高的通讯领域。ARM微处理器应用于传感器节点中，可以简化硬件设计，提高无线传感器网络通讯能力和数据存储能力。为了实现商业价值、提高农业产效率、深化无线传感器网络技术，我们提出了这个课题：基于ARM的无线传感器网络节点设计。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：功能要求(1) 系统以ARM7系统 LPC2214作为硬件开发平台(2) 系统可采用模块化的设计原理。(3) 系统测量精度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、坚固耐用、精巧大方。(4) 系统通用性强。 (5) 系统扩展性强，要求设计容量足够大，满足今后的扩充需要。(6) 系统操作方便，性能价格比高。(7) 抗干扰能力强，能在现场环境下可靠运行。设计要求根据功能要求进行技术方案设计。进行硬件系统选型和设计（包括LPC2214、SP708S等）。掌握ARM7系统 LPC2214的设置与应用。抗干扰能力强，能在现场环境下可靠运行。撰写毕业设计说明书，列出系统的详细设备清单。日程安排：1、（3周）毕业实习。要求：上网、找书、看杂志，收集课题的有关资料。2、（4-5周）方案设计，确定总体方案，写开题报告，开题。3、（6-8周）选择硬件，完成原理图设计及软件流程图设计。4、（9周，10周）软硬件调试。5、（12周）完成论文初稿。6、（13-14周）撰写论文。7、（15-16周）答辩准备及毕业答辩。（答辩时间最后以学院通知为准）。四、主要参考文献和书目[1]周立功. ARM与嵌入式系统基础教程.北京：北京航空航天大学出版社.2004.[2]文汉云.吴修德。基于无线通讯技术的传感器系统在设施农业中的应用.北京：自动化与仪器仪表.2005，（1）[3]哈尔滨高讯通科技有限公司.nRF905技术手册.Single chip 433/868/915 MHZ Transceiver[Z].2000[4]鲍华。吴促城，申飞.无线传感器网络移动节点设计.合肥，中国科学技术大学。230026[5]陈雄，杜以书，唐国新，无线传感网络的研究现状及发展趋势. 上海：旦大学电子工程系智能控制研究室。2004332007.[6]孙雨耕，张静，孙永进，房朝晖.无线自组传感器网络[J].传感技术学报，2004. [7]李建中，李金宝，石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J].2003版社，2000.[8]肖健，吕爱琴，陈吉忠等无线传感器网络技术中的关键性问题｛J｝.自传感器世界.2004,10（7）：45～47.指导教师（签字）： 2011年3月15 日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。摘 要介绍基于ARM微控制器的传感器网络节点设计方案。给出了以ARM7系列LPC2214芯片为核心的硬件设计的原理框图，详细阐述了红外传感电路、射频通讯电路、外围接口电路的设计和数据传输流程。该传感器节点具有配置简单、扩展方便、可靠性高的特点。传感器网络可实现数据的采集量化、处理融合和传输应用，它是目前信息领域的一个热点，学术界和产业界对它的学术价值和应用前景非常看好。自动配置的无线传感器网络可以在大范围内用于收集、处理和发布复杂的环境数据。无线传感器网络的基本组成单元是节点，节点是一个微型的嵌入式系统，它通过携带能量有限的电池或者利用自然条件等供电方式，实现对所采集或接收的数据进行处理、存储或发送。每个传感器节点具有传统网络节点的终端和路由的双重功能，除了进行本地信息搜集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其他节点协作完成一些特定任务。关键词：ARM：微处理器LPC2214；无线传感器网络；节点设计；ABSTRACT Based on ARM micro controller introduced the sensor network node design scheme. Is given based on ARM7 series LPC2214 chips for the core of hardware design, this paper expounds the principle diagram infrared sensor circuit, rf communications circuit, peripheral interface circuit design and data transmission process. The sensor node configuration simple, expand with convenient, the reliability high characteristic. Sensor network can realize the data acquisition quantization, processing fusion and transmission applications, it is currently a hot, the information field of its academic and industrial academic value and application foreground is very promising. Automatically configured wireless sensor network can be used on a large scale collection, treatment and release complex environmental data. Wireless sensor network is the basic component unit nodes. The nodes is a miniature of the embedded system and it through carry energy limited battery or use of natural conditions, and to realize the power-supply modes, collected or receive data processing, storage or send. Each sensor node with traditional network node of the terminal and routing double function, in addition to local information collecting and processing data to other nodes, but also by the forwarding to data storage, management and fusion processing, with the other nodes to accomplish certain tasks.Keywords: ARM: microprocessor LPC2214; Wireless sensor network; Node design;目录 TOC \o "1-3" \z \u HYPERLINK \l "_Toc295542828" 第一章 绪论 295542828 - 1 - HYPERLINK \l "_Toc295542829" 1.1 引言 295542829 - 1 - HYPERLINK \l "_Toc295542830" 1.2 课题研究现状 295542830 - 1 - HYPERLINK \l "_Toc295542831" 1.2.1国外无线传感器网络的研究现状 295542831 - 1 - HYPERLINK \l "_Toc295542832" 1.2.2国内无线传感器网络的研究现状 295542832 - 2 - HYPERLINK \l "_Toc295542833" 1.2.3总体现状分析 295542833 - 3 - HYPERLINK \l "_Toc295542834" 1.3 无线传感器网络的应用 295542834 - 5 - HYPERLINK \l "_Toc295542835" 1.4 发展趋势 295542835 - 8 - HYPERLINK \l "_Toc295542836" 1.5 本文研究主要内容 295542836 - 8 - HYPERLINK \l "_Toc295542837" 1.6本章小结 295542837 - 9 - HYPERLINK \l "_Toc295542838" 第二章 系统总体方案设计 295542838 - 10 - HYPERLINK \l "_Toc295542839" 2.1系统硬件组成 295542839 - 10 - HYPERLINK \l "_Toc295542840" 2.2 系统硬件器件 295542840 - 10 - HYPERLINK \l "_Toc295542841" 2.2.1 LPC2214 295542841 - 10 - HYPERLINK \l "_Toc295542842" 2.2.2 L298N 295542842 - 13 - HYPERLINK \l "_Toc295542843" 2.2.3 nRF905 295542843 - 15 - HYPERLINK \l "_Toc295542844" 2.2.5 LED显示器 295542844 - 19 - HYPERLINK \l "_Toc295542845" 第三章 系统硬件设计 295542845 - 21 - HYPERLINK \l "_Toc295542846" 3.1 近距离红外传感器系统设计 295542846 - 21 - HYPERLINK \l "_Toc295542847" 3.2 电机驱动电路的设计 295542847 - 22 - HYPERLINK \l "_Toc295542848" 3.3 无线射频通讯电路的设计 295542848 - 22 - HYPERLINK \l "_Toc295542849" 3.4 时钟电路 295542849 - 23 - HYPERLINK \l "_Toc295542850" 3.5复位电路 295542850 - 24 - HYPERLINK \l "_Toc295542851" 3.6显示电路 295542851 - 25 - HYPERLINK \l "_Toc295542852" 3.7报警电路 295542852 - 26 - HYPERLINK \l "_Toc295542853" 3.8本章小结 295542853 - 27 - HYPERLINK \l "_Toc295542854" 第四章 系统软件设计 295542854 - 28 - HYPERLINK \l "_Toc295542855" 4.1 节点地址编码与数据通讯格式设计 295542855 - 30 - HYPERLINK \l "_Toc295542856" 4.2 节点数据传输流程设计 295542856 - 31 - HYPERLINK \l "_Toc295542857" 4.3系统模拟 295542857 - 31 - HYPERLINK \l "_Toc295542858" 4.4本章小结 295542858 - 33 - HYPERLINK \l "_Toc295542859" 第五章 结论及展望 295542859 - 34 - HYPERLINK \l "_Toc295542860" 参考文献 295542860 - 35 - HYPERLINK \l "_Toc295542861" 附录 295542861 - 37 - HYPERLINK \l "_Toc295542862" 致谢 295542862 - 40 -第一章 绪论1.1 引言 随着通讯与网络技术的发展，无线传感网络技术被广泛应用于各种领域，如科学勘查、情报收集、安全监控等。不管是工业控制、农业生产还是网络通信，无线传感器网络都越来越被重视，同时，随着嵌入式系统技术的发展，尤其是ARM系统的快速发展，高档微处理器被逐渐应用于各种通讯和网络设备，尤其是实时性要求高的通讯领域。ARM微处理器应用于传感器节点中，可以简化硬件设计，提高无线传感器网络通讯能力和数据存储能力。为了实现商业价值、提高农业产效率、深化无线传感器网络技术，我们提出了这个课题：基于ARM的无线传感器网络节点设计。1.2 课题研究现状无线传感器网络具有重要的科研价值和广泛的应用前景，它的出现引起了全世界的广泛关注，被公认为是21 世纪产生巨大影响的技术之一。无线传感网络的研究历史不长，但发展很快。1.2.1国外无线传感器网络的研究现状1998年美国国防部就提出了“智能尘埃”的概念，其目的在于监控敌方的活动情况而不被察觉。美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究，包括CEC、REMBASS、Sensor IT、WINS、Smart Dust等研究项目。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。美国陆军2001年提出了“灵巧传感器网络通信“计划。目标是建设一个通用通信基础设施，支援前方部署，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，以便成倍地提高单一传感器的能力，从而提高未来战斗系统的生存能力[7]。2002年10月，英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，该规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、海底板块和行星探测等领域的应用。同年欧盟提出了一项为期三年的EYES(自组织和协作有效能量的传感器网络)计划，研究的范围包括分布式信息处理、无线通信等。该项目研究无线传感器网络的构架、节点的协作、网络协议和安全等。美国科学基金委员会2003年制定了WSN研究计划，每年拨款3400万美元资助无线传感器网络项目，其研究领域涉及能感知有毒化学物、生物攻击等的传感器节点、分布环境下传感器网络的特性，以及如何有效利用获得的数据进行分析决策等问题。2005年对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下一代高可靠、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络特性，资助金额达4000万美元。此外，美国交通部、能源部、美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。美国所有著名院校几乎都有研究小组在从事WSN相关技术的研究。加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了WSN 的研究。加州大学洛杉矶分校、加州大学伯克利分校、麻省理工学院、康奈尔大学、哈佛大学等在WSN 研究领域成绩较为突出。国际相关学术会议中对WSN 的研讨增多，检索论文数目逐年以较大幅度增加。企业界，欧盟的Philips、Siemens、Ericsson、ZMD、France Telecom、Chipcon等公司；日本的NEC、OKI、Sky2、leynetworks、世康、欧姆龙等公司都开展了WSN的研究。1.2.2国内无线传感器网络的研究现状我国现代意义的无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式出现于1999 年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告“中。2001 年中国科学院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，旨在引领中科院WSN的相关工作。国内的一些科研单位和大学，如清华大学、中国科学院沈阳自动化所、哈尔滨工业大学、和黑龙江大学从2002 年开始分别在时间同步与定位、传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同一时间开始研究嵌入式无线传感器网络节点、可重构技术、无线传感器中的定位等技术。2004 年，中国国家自然科学基金委员将一项无线传感器网络项目(面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论) 列为重点研究项目。2005 年，将无线传感器网络基础理论和关键技术列入计划。2006 年将水下移动传感器网络的关键技术列为重点研究项目。国家发改委下一代互联网(CNGI)示范工程中，也部署了WSN 相关的课题。在一份我国未来20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接相关。2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3个前沿方向，其中2个与WSN的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。我国2010年远景规划和“十五”计划中，将WSN列为重点发展的产业之一。1.2.3总体现状分析目前对于无线传感器网络的研究热点主要集中于网络技术和协议的开发应用上。网络本身主要集中在三个方面的关键技术上：网络通信协议、网络管理技术、网络支撑技术。在网络通信协议上研究重点是数据链路层MAC协议和网络层路协议的研究；在网络管理技术层，主要研究收集数据的管理、节能问题的解决以及网络通信安全的实现；在网络支撑技术层，主要研究点节点定位问题的解决、时间同步技术的实现以及用户应用接口的实现。1、MAC协议MAC 协议直接控制射频模块，对节点功耗有重要影响，而射频模块是节点中最大的耗能部件，因此到目前为止，能源效率是无线传感器网络MAC 层协议最主要的设计目标[10]。最近几年研究MAC 协议取得的成果可以将其分为三类：(1)利用时分复用(TDMA)的MAC 协议；(2)通过频分复用(FDMA)或者码分复用(CDMA)的方式的MAC 协议；(3)通过无线信道的随机竞争机制的MAC 协议。这几类比较常见的MAC 协议，主要是利用节点在没有数据收发时，关闭射频模块，转入休眠状态，从而降低工作占空比，减少串扰和空闲侦听带来的能量浪费，代价是增加延迟和降低系统的吞吐率。其他类型的MAC 协议如：SMACS 和EAR 协议,基本思想是为每对邻居节点分配一个特有频率进行数据传输, SMACS 协议主要用于静止节点间链路的建立，而EAR 协议则用于建立少量运动节点与静止节点之间的通信链路。目前，MAC 协议在降低功耗方面主要采用的方法有减少数据流量，增加射频模块休眠时间和冲突避免等。其中，减少数据流量是最根本的解决方案，目前主要靠在网络层或者在数据链路层上增加一个数据融合层来实现。但在MAC 层是否能够进行数据融合以及如何进行数据融合是目前研究较少的领域，还没有成熟的研究成果。随着相关技术的发展和成熟化，诸如可靠性、实时性、移动性等要求会在未来的研究中体现得更明显。2、路由协议路由协议的主要任务是在传感器节点和sink 节点间建立路由，可靠地传递数据。其首要设计原则是节省能量，延长网络系统的生存期。协议不能太复杂、不能在节点保存太多的状态信息、节点间不能交换太多的路由信息；同时应尽量避免发送冗余信息，减少能量的浪费。最近几年比较新的路由协议可归为以下几种：（1）能量感知路由：是最早提出的传感器网络路由机制之一，节点的可用能量就是节点当前的剩余能量。如Rahul C. Shah 等人提出的一种能量多路径路由机制，该机制在源节点和目的节点之间建立多条路径，根据路径上节点的通信能量消耗和剩余能量情况，给每条路径赋予一定的选择概率，使得数据传输均衡消耗整个网络的能量，延长整个网络的生存期。（2）以数据为中心的路由：定向扩散路由协议是一种典型的以数据为中心的路由协议，与基于地址的路由协议不同，节点不再有全局惟一地址，而代之以观测数据的属性。数据用特定的描述方式命名，数据传送基于数据查询并依赖数据命名，所有的数据通信都限制在局部范围内。（3）洪泛式路由：典型算法Flooding，这种协议不需要维护网络的拓扑结构和路由计算，接收到消息的节点以广播形式转发数据包给所有的相邻节点。（4）基于地理位置的路由：典型算法如GEAR。此类协议假定每个节点都知道自己的地理位置以及目标节点的地理位置，将节点分为不同的域，把查询信息或者数据转发给需要的地域，缩减了传送范围，从而延长网络生命周期。近年来又有许多新的路由协议被提出，如用流量优化的方法来为采样数据选择路由，将MAC层和路由层协议进行捆绑设计，用跨层优化技术来进一步节省功耗等等。虽然取得了一些进展，但目前仍然有很多关键问题未解决，如节能与通信服务质量的平衡、面向应用的路由协议、安全路由协议等问题。3、节能由于传感器网络节点分布众多、覆盖范围大、工作环境复杂，通过更换电池来延长网络工作寿命的方法是不现实的。对于整个传感器网络而言，必须在设计时就充分考虑节能问题，使得节点生存时间长达数月甚至数年，以尽可能少的能量完成尽可能多的任务。传统的无线网络在MAC协议的设计上会以吞吐量、公平性和时延作为设计要点，而对于受到能源限制的无线传感网络而言，服务质量并不是首要的考虑因素，反而会因为节约能量而牺牲服务质传感器网络中十分有效。将数据链路层应答和网络层应答灵活地结合起来便可实现满足性能要求的传输层功率，并达到期望的功耗水平。在目前对于节能问题的研究进展中，休眠机制是节省能源的最有效的方式之一。由于传感器节点监测事件的偶发性，没有必要让所有单元均工作在正常状态下，此时即可启用休眠模式，能自适应的休眠和唤醒，进行突发工作，节省能量。还可将所有功耗单元有机组合，形成不同状态，让传感器节点能根据需要在不同状态间切换。另外根据负载状态动态调节供电电压，形成一个闭环控制系统，也可达到节省能量的功效。总之，在满足系统要求的情况下，采用各种方法降低耗电量非常必要。4、节点定位节点定位是指确定传感器节点的相对位置或绝对位置，节点所采集到的数据必须结合其在测量坐标系内的位置信息才有意义。目前人们提出了两类节点定位算法：基于测量距离的定位算法与测量距离无关的定位算法。基于距离的定位方法首先使用测距技术测量相邻节点间的实际距离或方位，然后使用三角计算、三边计算、极大似然估计等方法进行定位。与测量距离无关的定位算法主要包括：APIT、质心算法、DV-Hop、Amorphous等。目前为止，节点定位问题的研究还很不完善，基于测量距离的定位方法需要附加的硬件设备，与测量距离无关的定位方法精度低。GPS技术是最为流行的一种绝对位置定位技术，但是由于成本、功耗、扩展性的问题不可能广泛使用。一般采用的方法是少数节点预先配置或者通过GPS得知自身位置信息而作为信标节点，其他节点依靠信息计算出自身的绝对位置。当前主要的研究难点是如何预先摆放一些信标节点，使得普通节点的随机摆放可以取得更好效果。另外，定位精度评估、网络拓扑结构对定位的影响等问题也有待于进一步解决。5、网络安全无线传感器网络多用于军事、商业领域，安全性是其重要的研究内容。由于传感器网络中节点随机部署、网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性，使传统的安全机制无法适用。因此需要设计新型的网络安全机制。可借鉴扩频通信、接入认证/鉴权、数据水印、数据加密等技术。无线传感器网络SPINS 安全框架的机密性、点到点的消息认证、完整性鉴别、新鲜性、认证广播方面定义了完整有效的机制和算法。安全管理方面目前以密钥对模型、基于多项式的密钥对模型等是目前最具有代表性的算法。WSN安全问题的研究工作相对较少，还存在着很多挑战性的问题，如安全路由方法、安全网内数据处理技术、低能耗加密方法、入侵模型和入侵抵御方法、支持新节点加入的密钥预分配技术等等问题。1.3 无线传感器网络的应用传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约，还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域： （1)军事应用 无线传感器网络的相关研究最早起源于军事领域。由于其具有可快速部署、自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此能够实现对敌军地形和兵力布防及装备的侦察、战场的实时监视、定位攻击目标、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。 在战场中，指挥员往往需要及时、准确地了解敌我人员、武器装备、通信和军用物资供给的情况。通过随机撤播、特种炮弹发射等手段，可以将大量传感器节点密集地散布于预定区域，收集该区域内有价值的信息，并通过汇聚节点将数据传送至指挥所，也可经由卫星信道转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据形成我军完备的战区态势图。在战争中，对冲突区和军事要地的监视也是至关重要的：通过布设无线传感器网络，可以方便地监控我军布防的阵地是否有敌军入侵，或是以更为隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防；当然，也可以直接将传感器节点撤向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集有关作战信息。无线传感器网络可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。在生物和化学战中，利用无线传感器网络及时、准确地探测爆炸中心将会为我军提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。作为C“ISRT系统的一个不可或缺的组成部分，无线传感器网络以其低成本、密集型、随机分布、白组织性和强容错能力的特点，及时、准确地为战场指挥系统提供高可靠的军事信息。即使在部分传感器节点失效时，无线传感器网络作为整体仍能完成观测任务。 （2）环境应用 无线传感器网络因其部署简单、布置密集、低成本和无需现场维护等优点为环境科学研究的数据获取提供了方便，因而可广泛应用于气象和地理研究、自然和人为灾害(如洪水和火灾)监测、监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表检测；还可以通过跟踪珍稀鸟类、动物和昆虫进行濒危种群的研究等。 在美国的ALERT计划中，研究人员开发了数种传感器来分别监测降雨量、河水水位和土壤水分，他们通过预定义的方式向中心数据库提供信息，并依此预测暴发山洪的可能性。类似地，对于森林火灾的监测，可以将传感器节点随机密布于森林之中。当发生火灾时，这些节点会协同工作，在很短的时间内将火源的具体地点、火势的大小等信息传回给有关部门。(3)医疗应用 无线传感器网络所具备的自组织、微型化和对周围区域的感知能力等特点，决定了它在检测人体生理数据、降状况、医院药品管理以及远程医疗等方面可以发挥出色的作用，因而在医疗领域有着广阔的应用前景。 如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用无线传感器网络，远端的医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。还可以利用无线传感器网络长时间地收集人体的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中非常有用。在药品管理方面，将传感器节点按药品种类分别放置，计算机系统即可帮助辨认所开的药品，从而减小病人用错药的可能性。在SSIM(5mart Sensors and Integrated Microsystems)项目中，100个微型传感器被植入病人眼中，从而帮助盲人获得了一定程度的视觉。 科学家还创建了一个“智能医疗之家”，即一个5间房的公寓住宅，使用无线传感器网络来测量居住者的重要生命体征(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况，所搜集的数据被用于开展相应的医疗研究。 哈佛大学的一个研究小组利用无线传感器网络构建了一个医疗监测平台。传统模式下、住院病人躺在病床上，身上安装了若干监测传感器，通过线缆被连接到病床边的监侧仪器上。这种模式下，病人必须呆在床上，很不自由。利用无线传感器网络技术，病人便可摆脱线缆的束缚，自由活动，医生通过手持PDA可以随时接收报誓消息或查询病人状况。该系统已经在美国一些医院里进行测试。（4）家庭应用 嵌入家具和家电中的传感器与执行单元组成的无线网络与Internet连接在一起，能够为人们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。用户可以方便地对家电进行远程监控，如在下班前遥控家里的电饭锅、微波炉、电话机、录像机、电脑等家电，按照自己的意愿完成相应的煮饭、烧莱、查收电话留言、选择电视节目以及下载网络资料等工作。 在家居环境控制方面，将传感器节点放在家庭里不同的房间，可以对各个房间的环境温度进行局部控制。此外，利用无线传感器网络还可以监测幼儿的早期教育环境，跟踪儿童的活动范围，让研究人员、父母或是老师全面地了解和指导儿童的学习过程。 (5)工业应用 自组织、微型化和对外部世界的感知能力，决定了无线传感器网络在工业领域大有作为。它包括车辆的跟踪、机械的故障诊断、建筑物状态监测等。 将无线传感器网络和RUD(无线射频识别标签，简称“电子标签”)技术融合是实现智能交通系统的绝好途径。通过传感器节点的探测可以得到实时的交通信息，如车辆的数量、长度、道路拥塞程度等；通过车载主动式的RFID可以得到每辆车的精确信息，如车辆的编号、证号、车型以及车主的相关信息等。将这两个信息融合，就可以全面掌握交通信息，并根据需要查询、追踪某车辆。 在一些危险的工作环境，如煤矿、石油钻井、核电厂等。利用无线传感器网络可以探测工作现场有哪些员工、他们在做什么以及他们的安全保障等重要信息。 (6)其他应用 在太空探索方面，借助于航天器在外星体上撤播一些传感器节点可以实现对星球表面长期的监测，这是目前最为经济可行的探测方案。美国国家航空与航天局(NASA)的JPI‘实验室正在研制的Sensor Webs计划就是为火星探测进行技术准备，并已经在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和进一步完善。 德国某研究机构正在利用无线传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统，以降低足球比赛中越位和进球的误判率。 在商务方面，传感器网络可用于物流和供应链的管理。在仓库的每件存货中安置传感器节点，管理员可以方便地查询到存货的位置和数量。在增加存货时，管理员只需在存货中安置相应的传感器节点；在日常的管理中，管理员可以在控制室实时监测每件存货的状态。 无线传感器网络在大型工程项目、防范大型灾害方面也有着良好的应用前景。以我国西气东输及输油管道的建设为例，由于这些管道在很多地方都要穿越大片无人烟的地区，这些地方的管道监控一直都是难题。如果无线传感器网络技术成熟，仅西气东输这样一个工程就可能节省上亿元的资金。2005年，印度洋海啸之后，世界各国领导人在印尼雅加达举行峰会，议程的首要任务之一就是计划在印度洋构建传感器网络，以便对海底地震作出预警。1.4 发展趋势无线传感器网络已经成为国际上诸多机构研究的热点，随着小规模的广泛投入使用，大规模动态的无线传感器网络将更具重要的科研价值和广泛的应用前景。但是从国内发展现状看，无线传感器网络的大规模应用还不成熟，仍存在着很大的研发空间。相信在不久的将来，随着相应关键技术的进步，无线传感器网络将会渗透到社会的每个角落，得到充分的应用。总的来说，未来传感器网络的研究主要有以下几个方向：节点微型化：利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器传节点是一个重要的研究。伯克得大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。寻求系统节能策略：无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题上已经取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。低成本：由于传感器网络 的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化，要求每个节点的价格控制在1美元以下，而现在每个传感器节点的行人大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大推动传感器网络的发展传感器网络的安全问题和抗干扰问题：与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份谁等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。节点的自动配置：未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些岻哩，网络能够迅速找到这些节点，并且不影响到网络的正常使用。配置冗余节点是必要的。 1.5 本文研究主要内容(1) 基于ARM7系统 LPC2214的无线传感器网络节点设计的总体方案设计。(2) 系统硬件设计。基于移动节点的传感器网络工作原理是：无线传感器网络由一守数量的传感器节点组成，传感区域内用一个基站（计算机）管理整个网络，存储各个传感器节点的输入数据，节点数据经一守的路由后传输到基站。传感器节点分为静态节点和移动节点，静态节点构成传感器网络节点在配置后，自身不能改变所处位置，感知范围固定，由于能耗等容易使节点脱离网络，改变原有的网络拜年结构，以致造成信息不能按原有路径传输，移动传感器节点具有可移动性、存储量大等优势，可动态构建网络，从而保障网络的通讯功能，移动节点进入传感器区域后，发送射频信号，激活各静态节点后建立链接，各节点以自己节点地址编码依次将数据传输给移动传感器节点，最终传输到基站。因而，无线传感器网络中应用移动传感器节点，可以提升网络性能，保障通讯能力。 (3) 系统软件设计。基于移动节点的传感器网络由多个移动节点和静态节点组成，每个节点在网络中必须有唯一的地址编码和特定的数据传输格式。(4) 采取多种抗干扰措施，提高系统的稳定性和精度。1.6本章小结 本章主要介绍了无线传感器网络的定义及应用，详细地讲述了无线传感器网络的研究现状，通过对理论与实践的分析，预测未来无线传感器网络发展的趋势，随着科技的进步，无线传感器网络向智能化、微型化、安全化发展，将更大的促进工业、农业的发展。第二章 系统总体方案设计2.1系统硬件组成系统硬件平台以ARM7系统 LPC2214微处理器为核心，硬件结构如下图所示：本系统以ARM7 LPC2214处理器为控制核心，采用无线传感器、通信技术等关键技术，对无线传感器网络节点进行整体的设计。该系统可分为时钟电路、复位电路、电源电路、电机驱动电路、无线射频通讯电路、显示电路、近距离红外传感器电路、控制电路和报警电路。选用的主要器件有LPC2214, L298N, nRF904, SP708S等。2.2 系统硬件器件本系统选用的主要器件有LPC2214, L298N, nRF904, SP708S等。下面给出各器件的详细的介绍。2.2.1 LPC2214 LPC2212/LPC2214是一款基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持实时仿真和跟踪的CPU,并带有128/256 k字节(k )嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码 规模降低超过30%，而性能的损失却很小。 LPC2212/LPC2214采用144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个的外部中断，这款微控制器特别适合工业控制、医疗系统、收款机控制等应用领域。其可用GPIO范围为76脚(外部存储区)到112脚(单片).由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。特性： INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 16/32位ARM7TDMI-S核，LQFP144封装； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 16kB片内SRAM； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 128/256kB片内Flash程序存储器，128位宽度接口/加速器可实现高达60 MHz工作频率； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 可加密：全球首个实现可加密的ARM微控制器； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 多个串行接口，包括双UART(16C550)，高速I2C(400kbits/s)和双SPI； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 通过片内boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)。512字节行编程时间为1ms。 INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET 单扇区或整片擦除时间为400ms； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET Embedded ICE-RT可实现断点和观察点。当使用片内Real Monitor软件对前台任务进行调试时， INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET 中断服务程序可继续运行； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 8路10位A/D转换器，转换时间低至2.44μs； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)、PWM单元(6路输出)、实时时钟和看门狗； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 可设置的外部存储区(寻址最大范围为16MB,支持8/16/32位数据宽度)； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 多达112个通用I/O口(可承受5V电压)，9个边沿或电平触发的外部中断引脚； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET CPU工作晶振最大为60MHz，并内嵌片内可编程锁相环PLL； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 片内晶振频率范围：1～30 MHz； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 两种低功耗模式，空闲/掉电； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最优化； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 双电源 INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET －CPU操作电压范围：1.65～1.95 V(1.8 V± 0.15 V)； INCLUDEPICTURE "http://www.zlgmcu.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET －I/O操作电压范围：3.0～3.6 V(3.0 V± 10%)，可承受5V电压；管脚图2-2如下所示：AHB外设分配了2MB的地址范围，它位于4GB ARM存储器空间的最顶端。每个AHB外设都分配了16KB的地址空间。LPC2214的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB总线。AHB到VPB的桥将VPB与AHB总线相连。VPB外高也分配了2MB的地址满园，从3.5GB地址点开始。每个VPB外设在VPB地址空间内都分配了16KB地址空间。片内外设与器件引脚的连接由引脚连接模块控制。软件可以通过控制该模块让引脚与特定的内外设相连。LPC2214结构框图如图2-3所示：图2-3 LPC2214结构框图2.2.2 L298N恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multi watt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA、EnB接控制使能端，控制电机的停转。图2-4是L298N的功能逻辑图；2.2.3 nRF9051 nRF905特性：nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器，工作电压为1.9～3.6V， 32引脚QFN封装(5×5mm)，工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道，频道之间的转换时间小于650us。 nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，不需外加声表滤波器， Shock Burst TM工作模式，自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以- 10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，工作于接收模式时的电流为12.5mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器功率放大器等模块，曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成，无需用户对数据进行曼彻斯特编码，因此使用非常方便。芯片结构如图2-3所示：（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）2工作模式如表2-1：nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚决定。 （1）ShockBurstTM模式与射频数据包有关的高速信号处理都在nRF905片内进行，数据速率由微控制器配置的SPI接口决定，数据在微控制器中低速处理，但在nRF905中高速发送，因此中间有很长时间的空闲，这很有利于节能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。在ShockBurstTM 接收模式下，当一个包含正确地址和数据的数据包被接收到后，地址匹配(AM)和数据准备好(DR)两引脚通知微控制器。在ShockBurstTM发送模式，nRF905自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完毕。由以上分析可知，nRF905的 ShockBurstTM收发模式有利于节约存储器和微控制器资源，同时也减小了编写程序的时间。下面具体详细分析nRF905的发送流程和接收流程。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献） INCLUDEPICTURE "http://www.51base.com/uploadfiles/image/10108/TXT-20065619641361.gif" \* MERGEFORMATINET 发送流程:典型的nRF905发送流程分以下几步：A. 当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905，SPI接口的速率在通信协议和器件配置时确定；B. 微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；C. nRF905的ShockBurstTM发送：l 射频寄存器自动开启；l 数据打包(加字头和CRC校验码)；l 发送数据包；l 当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；D. AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低；E. 当TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。ShockBurstTM工作模式保证，一旦发送数据的过程开始，无论TRX_EN和TX_EN引脚是高或低，发送过程都会被处理完。只有在前一个数据包被发送完毕，nRF905才能接受下一个发送数据包。接收流程:A. 当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式；B. 650us后，nRF905不断监测，等待接收数据；C. 当nRF905检测到同一频段的载波时，载波检测引脚被置高；D. 当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高；E. 当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高F. 微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；G. 微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；H. 当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低；I. nRF905此时可以进入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM发送模式或关机模式。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）当正在接收一个数据包时，TRX_CE或TX_EN引脚的状态发生改变，nRF905立即把其工作模式改变，数据包则丢失。当微处理器接到地址匹配引脚的信号之后，其就知道nRF905正在接收数据包，其可以决定是让nRF905继续接收该数据包还是进入另一个工作模式。（2）节能模式nRF905的节能模式包括关机模式和节能模式。在关机模式，nRF905的工作电流最小，一般为2.5uA。进入关机模式后，nRF905保持配置字中的内容，但不会接收或发送任何数据。空闲模式有利于减小工作电流，其从空闲模式到发送模式或接收模式的启动时间也比较短。在空闲模式下，nRF905内部的部分晶体振荡器处于工作状态。nRF905在空闲模式下的工作电流跟外部晶体振荡器的频率有关。器件配置:所有配置字都是通过SPI接口送给nRF905。SIP接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。当nRF905处于空闲模式或关机模式时，SPI接口可以保持在工作状态。SPI接口配置:SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5个寄存器组成。状态寄存器包含数据准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息；射频配置寄存器包含收发器配置信息，如频率和输出功能等；发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器包含待发送的数据包的信息，如字节数等；接收数据寄存器包含要接收的数据的字节数等信息。2.2.4 SP708SSP708S +3.0V/+3.3V低功耗微处理器监控电路。SP708R/S/T系列属于微处理器（uP）监控器件。其集成有众多组件，可监测uP及数字系统中的供电及电池的工作情况。由于以上众多组件的使用，SP706P /S/R/T，SP708R/S/T系列可有效地增强系统的可靠性及工作效率。SP706P/S/R/T，SP708R/S/T系列包含一个看门狗定时器，一个uP复位模块，一个供电失败比较器，及一个手动复位输入模块。SP706P/S/R/T，SP708R/S/T系列适用于+3.0V或+3.3V环境，如计算机，汽车系统，控制器，及其他一些智能仪器。对于对电源供电要求严格的u P系统/数字处理系统，SP706P/R/S/T，SP708R/S/T系列是一款非常理想的选择。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）特性 ：（1）高精度低电压监控器： （2）2.93V下的SP708S （3）3.08V下的SP708T （4）复位脉冲宽度200ms； （5）独立的看门狗定时器-溢出周期1.6s（SP706P/S/R/T）； （6）最大电源电流40uA； （7）去抖TTL/CMOS手动复位输入； （8）Vcc下降至1V时产生RESET信号； （9）RESET输出： （10）SP708R/S/T 支持高/低电平两种方式； （11）WDI可以保持为浮空，以禁止看门狗功能； （12）内置Vcc干扰抑止电路； （13）提供8引脚PDIP，NSOIC及uSOIC封装； （14）电压监控器，可监控供电失败或电池电压不足； （15）708R/S/T引脚兼容性增强以符合工业标准； SP708R/S/T系列提供4个关键功能： 1. 在上电，下电及掉电情况下复位输出。2. 如果看门狗输入引脚在1.6S内没有接收到一个信号，一个独立的看门输出将为低。3. 一个1.25V的阀值检测器供电失败警告，低电池检测。或监控一个非+3.3V/+3.0V的电源。4. 一个低电平手动复位允许外部按键开关产生RESET信号。2.2.5 LED显示器LED(Light-Emitting-Diode中文意思为 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/84213.htm" \t "_blank" 发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/63151.htm" \t "_blank" 电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/642793.htm" \t "_blank" 三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）大功率，指发光功率大，一般指0.5W，1W 3W 5W或更高的。光强与 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/78630.htm" \t "_blank" 流明是比小功率大，但同样散热也很大，现在大功率都是单颗应用，加很大的散热片。小功率一般是0.06W左右的。现在 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/591206.htm" \t "_blank" LED手电一般是用小功率用的，光散不散，取决于LED的发光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手电筒一般是用草帽头做的。效果很好。现在就担心有些厂家不重质量，拿的次品LED做电筒，用不了多久就有死灯。LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的,那是骗小孩的,如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样,使用寿命略有不同,因为大家用的都是那几家国外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了,亮度相差好几十倍了,如果是用于 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/49358.htm" \t "_blank" 照明用的,在户外最好是用大功率的LED了,亮度就更高了,单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有.LED的内在特征决定了它具有很多优点，诸如：一、体积小 LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）二、耗电量低 LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能80%以上。三、使用寿命长有人称 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1468011.htm" \t "_blank" LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1211719.htm" \t "_blank" 光衰等缺点，在恰当的电流和 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/10954.htm" \t "_blank" 电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。四、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。五、环保LED是由无毒的材料作成，不像 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/434821.htm" \t "_blank" 荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/598.htm" \t "_blank" 紫外线和 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1813.htm" \t "_blank" 红外线，既没有热量，也没有 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/2121.htm" \t "_blank" 辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/30779.htm" \t "_blank" 绿色照明光源六、坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏七、多变幻LED光源可利用红、绿、蓝 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/247185.htm" \t "_blank" 三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。八、技术先进（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/2632318.htm" \t "_blank" 网络通信技术、图像处理技术、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/30741.htm" \t "_blank" 嵌入式控制技术等，所以亦是 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/4678894.htm" \t "_blank" 数字信息化产品，是 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1081358.htm" \t "_blank" 半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。2.3 本章小结本章介绍设计无线传感器网络节点的方法，以ARM7系统的LPC2214为核心，通过模块化的设计思路，简单高效的管理流程。绘制设计总原理图，并分别设计了硬件和软件原理图。并介绍了为设计无线传感网络而有使用到的芯片及硬件器件。包括LPC2214, L298N, nRF904, SP708S，LED等，并分别介绍了它们的特性、工作原理、使用方法及选择它们的优势。第三章 系统硬件设计3.1 近距离红外传感器系统设计传感器系统包括2路传感器及其驱动电路和信号处理电路。每一路传感器均由红外光管、红外光电信号接收管、发光管信号调制电路、光电管信号放大电路和信号处理电路组成。微处理器LPC2214以扫描方式通过I/O口选 通其中1路工作以降低功耗，传感器系统设计原理框图如图3-1所示。传感器电路被中央处理器（LPC2214）输出端口选通后，传感器的红外光管发出红外经过信号调制，发出脉冲红外光，相对应的红外光电管被选 通接收红外信号，输出信号经过放大处理后输入到微处理器，放大器采用增益放大器。当节点探测范围内遇到障碍特，反射回的光线被红外光电管接收，输出脉冲信号，信号经放大和处理后输出电压模拟信号，直接输送到中央处理器的A/D转换器转换成数字信号，中央处理器对谨言该数字信号进行得理，计算出前方障碍物的方位与距离。 选通控制 3.2 电机驱动电路的设计采用L298N驱动移动节点的两路直流电机。L298是SGS公司推出的双H高电压大电流功率集成电路，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以同时驱动两路直流电机工作4种模式（前进、后退、停止、转向）。IN[A～B]为2组电机工作使能控制输入端，IN[1～4]分别是2组电机工作模式控制输入端。电路设计采用LPC2214直接驱动L298N，原理图如下图所示，IN[1～4]分别接至LPC2214自带的4个PWM管脚，IN[A～B]接至LPC2214通用I/O管脚，用于被选通。LPC2214依据L298N的四种工作模式实现对电机的控制，如当ENA为“1”，IN2为“0”，电机1正转，IN1的PWM输入信号控制电机1的速度，如图3-2所示：系统用软件的方式控制PWM占空比调节电动机的速度，电机的速度值邮公式（1）计算，设电机的最大转速为Vmax,占空比为D，电机的平均速度为Vd..Vd.= Vmax*D式中：Vd为电机的平均速度；Vmax为电机的最大速度；D=t/T为占空比；T为一个定时器计数周期值，由微处理器预先设定，t定时器计数周期内的高电平时间，在控制程序里设定，其中t无线通讯电路采用NRF905为收发数据的控制芯片。NRF905是Nordic公司推出的单片射频收发器芯片，工作于433/868/915MHz3个ISM频道，功耗低。内置完整的数据协议和CRC树检错，可自动完成字头处理。自动完成曼彻斯特编码/解码。只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输，可非常方便配置为四种工作模式：掉电和SPI编程模式、待机和SPI编程模式、发射模式、接收模式。nRF905一次的数据包传输速率多达32Mb/s，外加天线后通讯距离可超过120m，能满足无线传感器网络各种数传要求。以nRF905为核心的无线射频通讯电路设计如3-3所示：首先，在650μs以后，nRF905将不断监测空中的信息；当nRF905发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测(CD)被置为高电平；此后，当nRF905接收到有效地址时，地址匹配(AM)被置为高电平；在这之后，当nRF905接收到有效的地址包(CRC校验正确)时，nRF905将去掉前导码、地址和CRC位，同时将数据准备就绪位(DR)置为高电平，并用MCU设置TRX-CN为低电平，以进入standby模式，从而使MCU能够以合适的速率通过SPI接口读出有效的数据；当所有的数据读出后，nRF905将AM和DR设置为低电平，以便使nRF905准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。3.4 时钟电路目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器肯有晶体振荡器。基于以上事实，需要设计时钟电路。简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器，但有些场合（如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。LPC2214的时钟电路的设计如图3-5，其中图3-5(a)为使用微控制器内部的晶体振荡器设计的时钟电路，而图3-5（b）为外部电路产生时钟，图3-5（b）中的Clock可以是任何稳定的时钟信号源，如有源晶振等。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768kHz晶振。3.5复位电路微控制器在上电时状态并不确定，将造成微控制器不能正确工作。为解决这个问题，所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作。一些微控制器在上电时自身会产生复位信号，但大数微控制器需要外部输入这个信号。因为这个信号会使微控制器初始化为某个确定的状态，所以这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的正常工作有重大影响。本设计采用以SP708S为核心的手动复位，SP708引脚分布如图3-6所示：目前为止， HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/1012.htm" \t "_blank" 单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4） HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/280158.htm" \t "_blank" 看门狗型复位电路。ISA总线的复位信号到南桥之间会有一个 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/78645.htm" \t "_blank" 非门，跟随器或电子开关，常态时为低电平,复位时为高电平。IDE的复位和ISA总线正好相反，通常两者之间会有一个非门或是一个反向电子开关，也就是说IDE常态时为高电平，复位时为低电平，这里的高电平为5V或3.3V，低电平为0.5V以下的电位3.6显示电路本设计以LED灯作为显示器。LED在嵌入式系统常用于作信号灯，指示系统当前的某些状态。LED的控制很简单，只需在阳极与阴极间提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5～10mA，即可以较理想地点亮LED。如图3-6所示，设置GPIO引脚为输出方式。使GPIO引脚P0.10输出低电平时，VDD3.3与GPIO引脚有3.3V的电压并，这时LED1即被点亮；使GPIO引脚P0.10输出高电平时，，VDD3.3与GPIO引脚电压差为0，这时LED1不能被点亮；电阻R1～R7用于限流。3.7报警电路在嵌入式系统中常用蜂鸣器作为报警电路报警器，蜂鸣器有直流型和交流弄两钏。直滚型蜂鸣器则需提供一定频率的交流信号，才可以使蜂鸣器响。直滚型蜂鸣器的蜂鸣频率是固定不能更改的，而交流型则可以通过更改驱动电流的频率来调整蜂鸣频率。两种类型的蜂鸣器都可以使用相同的控制电路，只是控制方式有所不同。GPIO提供的输出电流不能够直接驱动蜂鸣器，需经过PNP三极管驱动。鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作电流比较大，电路上的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路才可以，这一点与家用电器中的功放有相似之处。学习板采用了一个很简单的电路来实现蜂鸣器的联接，由上所述，一个管脚很难驱动蜂鸣器发出声音，所以增加了一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流，见下方原理图。用户可以通过程序控制P1.5管脚的置低和置高来使蜂鸣器发出声音和关闭。蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整P1.5管脚的置高时间及输出的波形进行控制，这一点可以在调试程序的时候来试验。3.8本章小结本章详细介绍了硬件设计的各大模块，包括近距离红外传输的传感器模块、以L298N为核心的驱动模块、以NRF905为基本的接收模块以及外围电路模块。并并分别绘制了各大模块与LPC2214接口图，从而完成了硬件设计台，为软件设计提供物理基本。第四章 系统软件设计软件系统由实时操作系统、应用程序和无线通信协议组成。图4-1为软件系统的结构。节点节能除了在设计中采用低功耗硬件之外，如果系统软件针对能耗进行了专门的优化，那么无线传感器网络的生存时间也能得到有效的延长。其中通信协议内嵌在芯片nRF905中，所以免除了特意的通信协议，比应用Zigbee有更好的优势。操作系统是ARM7内核，芯片LPC2214是基于ARM设计的，ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/9174.htm" \t "_blank" 指令集和合作伙伴众多。体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。设计一个实时操作系统进行动态电源管理和动态电压调整是最合适的，因为操作系统可以获取所有应用程序的性能需求并能直接控制底层硬件资源，从而在性能和能耗控制之间进行必要的折衷。操作系统的核心是任务调度器，负责调度给定的任务集合使其满足各自的时间和性能需求，通过在任务调度中考虑节能问题，系统。生存时间可得到明显的延长。鉴于传输中不可避免的数据丢失，无线传感器网络应能根据当时的网络环境提供不同精度的数据，从而获得一定的弹性。另一方面，监测对象的属性是随时问变化的，，从而导致网络中的计算和通信需求也随之改变。这样，我们就可以在实时调度算法中进行某种程度的预测，对能耗进行主动式的管理。另外，应用层可以设计成将主要的计算任务及早执行，然后在算法正常结束前提前中，这样就能在对数据精度影响不大的情况下节约能耗。系统程序主要包括节点主程序和无线收发子程序。节点的微处理器以轮询方式处理传感器系统，无线收发单元的数据。微处理器LPC2214按照预定的程序障碍特性前行，节点的主程序流程和数据传输子程序流程如图4-2、图4-3所示：移动节点进入传感网络区域后，发送链接请求信号。转到接受模式收到确认后接受数据。接受到正确数据后对数据包和地址码进行解析；接受到错误数据．向信源节点返回一个重发信号。无线收发单元接受的数据存储到缓存中，信宿地址是本机地址时，微处理器执行相应的程序。否则。修改数据包的信源地址为本机地址，继续转发到下一个节点或基站。节点的微处理器以轮询方式处理传感器系统，无线收发单元的数据。微处理LPC2214按照预定的程序避开障碍物和前行。程序工作流程:当数据传送到数据端口时，程序查询是否有红外传感信号，若有，执行移动避障程序，否则，进入无线收发程序。4.1 节点地址编码与数据通讯格式设计基于移动节点的传感器网络由多个移动节点和静态节点组成，每个节点在网络中必须有唯一的地址编码和特定的数据传输格式。移动节点的地址编码由主机地址编码和NRF905F地址编码两部分组成，主机编码表示特定的节点号，可以假定为0、1、2、3、4等。NRF905地址编码被高为固定值，二者构建了移动节点在网络中的唯一地址标识。数据传输格式如表4-1所示：#为数据传输的开始和结束的标志，其中SurNo．为信源地址，DesNo为信宿编号，Length为数据长度(字节数)，Datal～Datan为有效数据，CRC为循环冗余纠错检错校验码(1字节)。例如：某个节点欲发送#10H．#20H。#30H 3个字节的数据给基站主机(编号为0)，采用低8位做校验码，其数据包格式如表4-2所示：4.2 节点数据传输流程设计移动节点进入传感网络区域后，发送链接请求信号。转到接受模式收到确认后接受数据。接受到正确数据后对数据包和地址码进行解析；接受到错误数据．向信源节点返回一个重发信号。无线收发单元接受的数据存储到缓存中，信宿地址是本机地址时，微处理器执行相应的程序。否则。修改数据包的信源地址为本机地址，继续转发到下一个节点或基站。节点的微处理器以轮询方式处理传感器系统，无线收发单元的数据。微处理LPC2214按照预定的程序避开障碍物和前行，节点的主程序流程和数据传输子程序流程图如图4-2、4-3所示：4.3系统模拟本系统利用magicarm270教学实验开发平台模拟调试系统。MagicARM270实验箱是由广州致远电子有限公司开发的一款可使用Linux 2.6.18和WinCE 5.0操作系统、支持QT、MiniGUI图形系统、集众多功能于一身的高级ARM教学实验开发平台。特性： INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 采用MiniARM270核心板，标准配置为Intel公司的XScale处理器PXA270、32M字节NOR FLASH、64M字节SDRAM、256M字节NAND FLASH和256字节E2PROM; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 8英寸640X480真彩可旋转TFT液晶屏，且配备完整的外壳模具给予液晶屏保护; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 4线电阻式触摸屏，且配备独立触摸笔; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 10/100M自适应以太网接口，且具备唯一合法MAC地址; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 4个USB Host接口，1个USB Device接口; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET AC97数字音频输入/输出接口 ，并且配备2个扬声器和1个咪头; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1通道68Pin PCMCIA接口; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET CF卡接口、IDE硬盘接口、SD/MMC卡接口; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1路RS232接口/1路RS485接口; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1路Modem接口/1路CAN总线接口; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1路IRDA/2路A/D采集，1路D/A输出;; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET RTC，配备后备电池; INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个直流电机，1个步进电机，且配备防护罩，保护电机； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 2位LED数码管，16键矩阵键盘； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个独立中断按键； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个直流蜂鸣器，4个独立LED； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 2个PS/2接口； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET CMOS摄像头扩展接口； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET USIM卡扩展接口； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 记忆棒(Memory Stick)扩展接口； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个VGA PACK接口， 可选配VGA PACK板实现VGA信号输出； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个16位和1个32位总线扩展接口； INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/space.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.embedtools.com/images/ico_circle.gif" \* MERGEFORMATINET 1个JTAG接口，并配备1个JTAG仿真器。LPC2214启动源代码：Void TargetResetInit(void){#ifdef _DEBUGMEMMAR = 0x3;#ifdef —OUT_CHIPMEMMAR = 0x3;#endif#ifdef _IN_CHIPMEMMAR = 0x1;#endifPLLCON=1;#if (Fpclk/(Fcclk/4))==1VPBDIV=0;#endif#if (Fpclk/(Fcclk/4))==2VPBDIV=2;#endif#if (Fpclk/(Fcclk/4))==4VPBDIV=1;#endif#if (Fcco/Fcclk)==2PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)1(0<<5);#endif#if (Fcco/Fcclk)==4PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)1(1<<5);#endif#if (Fcco/Fcclk)==8PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)1(2<<5);#endif#if (Fcco/Fcclk)==16PLLCFG=((Fcclk/Fosc)-1)1(3<<5);#endif PLLFEED=0xaa; PLLFEED=0x55; While((PLLSTAT&(1<<10))==0); PLLCON=3; PLLFEED=0xaa; PLLFEED=0x55;}4.4本章小结本章详细介绍了系统的软件设计，主要包括节点地址编码、数据通讯格式和节点数据流的设计，应用程序流的设计方式，进行数据的判断,利用magicarm207进行调试。第五章 结论及展望基于ARM的无线传感器网络节点，采用了高性能低功耗的LPC2214微控制器为核心的硬件系统，简化了外围接口电路的设计，提高了系统的性价比和数据处理能力。实验结果显示，该移动节点适合应用于无线传感网络中动态感知信息，完成复杂的任务。涉及到操作系统、应用程序和无线通信协议方面的知识。本任务难点在于把各个模块连接起来，即合适的连接各个接口，让它们协同一起工作。主要完成工作内容如下：1从无线传感器网络的工作原理从发，论证此系统的可行性。2采用近距离红外传感器系统作为信号对象，包括2路传感器及其驱动电路和信号处理电路。每一路传感器均由红外光管、红外光电信号接收管、发光管信号调制电路、光电管信号放大电路和信号处理电路组成。微处理器LPC2214以扫描方式通过I/O口选 通其中1路工作以降低功耗，传感器电路被中央处理器（LPC2214）输出端口选通后，传感器的红外光管发出红外经过信号调制，发出脉冲红外光，相对应的红外光电管被选 通接收红外信号，输出信号经过放大处理后输入到微处理器，放大器采用增益放大器。3无线通讯电路采用NRF905为收发数据的控制芯片，距离可超过12m，工作于433/868/915MHz3个ISM频道，功耗低。内置完整的数据协议和CRC树检错，可自动完成字头处理。自动完成曼彻斯特编码/解码。只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输，4以ARM7 LPC2214处理器为控制核心，采用无线传感器、通信技术等关键技术，对无线传感器网络节点进行整体的设计。把时钟电路、复位电路、电源电路、电机驱动电路、无线射频通讯电路、显示电路、近距离红外传感器电路、控制电路和报警电路串联起来，完成整个系统的工作任务。总体上说，本文以近红处信号为研究对象，所以距离有一定限制。由于受到一些实际条件的制约，本系统还存在许多不足，有许多需要改进的地方，主要不足及相应改进方法有以下几点：1、系统布置的电路图不够标准规范简洁2、整个系统并未经过严格的测试和调节。参考文献[1] 周立功. 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Is given based on ARM7 series LPC2214 chips for the core of hardware design, this paper expounds the principle diagram infrared sensor circuit, rf communications circuit, peripheral interface circuit design and data transmission process. The sensor node configuration simple, expand with convenient, the reliability high characteristic. Sensor network can realize the data acquisition quantization, processing fusion and transmission applications, it is currently a hot, the information field of its academic and industrial academic value and application foreground is very promising. Automatically configured wireless sensor network can be used on a large scale collection, treatment and release complex environmental data. Wireless sensor network is the basic component unit nodes. The nodes is a miniature of the embedded system and it through carry energy limited battery or use of natural conditions, and to realize the power-supply modes, collected or receive data processing, storage or send. Each sensor node with traditional network node of the terminal and routing double function, in addition to local information collecting and processing data to other nodes, but also by the forwarding to data storage, management and fusion processing, with the other nodes to accomplish certain tasks.Keywords: ARM: microprocessor LPC2214; Wireless sensor network; Node design;0. 引言随着通讯与网络技术的发展，无线传感网络技术被广泛应用于各种领域，如科学勘查、情报收集、安全监控等。不管是工业控制、农业生产还是网络通信，无线传感器网络都越来越被重视，同时，随着嵌入式系统技术的发展，尤其是ARM系统的快速发展，高档微处理器被逐渐应用于各种通讯和网络设备，尤其是实时性要求高的通讯领域。ARM微处理器应用于传感器节点中，可以简化硬件设计，提高无线传感器网络通讯能力和数据存储能力。为了实现商业价值、提高农业产效率、深化无线传感器网络技术，我们提出了这个课题：基于ARM的无线传感器网络节点设计。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）1. 设计原理系统总体方案的设计 SHAPE \* MERGEFORMAT 本文设计的无线传感器网络节点设计系统主要包括三部分：第一部分是无线通讯系统，无线通讯电路采用NRF905为收发数据的控制芯片。NRF905单片射频收发器芯片，内置完整的数据协议和CRC树检错，可自动完成字头处理。自动完成曼彻斯特编码/解码。只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输；第二部分是处理器系统，处理器选用基于ARM的PLC2214;第三部分是红外近距离传感器系统，传感器系统包括2路传感器及其驱动电路和信号处理电路。电机驱动系统采用L298N驱动移动节点的两路直流电机。L298是SGS公司推出的双H高电压大电流功率集成电路，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以同时驱动两路直流电机工作4种模式（前进、后退、停止、转向）。每一路传感器均由红外光管、红外光电信号接收管、发光管信号调制电路、光电管信号放大电路和信号处理电路组成。2.系统硬件组成部分系统硬件各模块总体方案设计如图2-1所示。该系统包括以下几个模块组成：时钟电路模块、复位电路模块、电源电路模块、电机驱动电路模块、无线射频通讯电路模块、显示电路模块、近距离红外传感器电路模块和报警电路模块等组成。2.1 近距离红外传感器系统设计传感器电路被中央处理器（LPC2214）输出端口选通后，传感器的红外光管发出红外经过信号调制，发出脉冲红外光，相对应的红外光电管被选 通接收红外信号，输出信号经过放大处理后输入到微处理器，放大器采用增益放大器。当节点探测范围内遇到障碍特，反射回的光线被红外光电管接收，输出脉冲信号，信号经放大和处理后输出电压模拟信号，直接输送到中央处理器的A/D转换器转换成数字信号，中央处理器对谨言该数字信号进行得理，计算出前方障碍物的方位与距离。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）2.2 电机驱动电路的设计电路设计采用LPC2214直接驱动L298N，原理图如下图所示，IN[1～4]分别接至LPC2214自带的4个PWM管脚，IN[A～B]接至LPC2214通用I/O管脚，用于被选通。LPC2214依据L298N的四种工作模式实现对电机的控制，如当ENA为“1”，IN2为“0”，电机1正转，IN1的PWM输入信号控制电机1的速度，如图2-3所示。系统用软件的方式控制PWM占空比调节电动机的速度，电机的速度值邮公式（1）计算，设电机的最大转速为Vmax,占空比为D，电机的平均速度为Vd.. （本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）Vd.= Vmax*D式中：Vd为电机的平均速度；Vmax为电机的最大速度；D=t/T为占空比；T为一个定时器计数周期值，由微处理器预先设定，t定时器计数周期内的高电平时间，在控制程序里设定，其中t2.3 无线射频通讯电路的设计2.3 无线射频通讯电路的设计以nRF905为核心的无线射频通讯电路设计如2-4所示。首先，在650μs以后，nRF905将不断监测空中的信息；当nRF905发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测(CD)被置为高电平；此后，当nRF905接收到有效地址时，地址匹配(AM)被置为高电平；在这之后，当nRF905接收到有效的地址包(CRC校验正确)时，nRF905将去掉前导码、地址和CRC位，同时将数据准备就绪位(DR)置为高电平，并用MCU设置TRX-CN为低电平，以进入standby模式，从而使MCU能够以合适的速率通过SPI接口读出有效的数据；当所有的数据读出后，nRF905将AM和DR设置为低电平，以便使nRF905准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。2.4 报警电路在嵌入式系统中常用蜂鸣器作为报警电路报警器，蜂鸣器有直流型和交流弄两钏。直滚型蜂鸣器则需提供一定频率的交流信号，才可以使蜂鸣器响。直滚型蜂鸣器的蜂鸣频率是固定不能更改的，而交流型则可以通过更改驱动电流的频率来调整蜂鸣频率。两种类型的蜂鸣器都可以使用相同的控制电路，只是控制方式有所不同。GPIO提供的输出电流不能够直接驱动蜂鸣器，需经过PNP三极管驱动。鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。2.5显示电路本设计以LED灯作为显示器。LED在嵌入式系统常用于作信号灯，指示系统当前的某些状态。LED的控制很简单，只需在阳极与阴极间提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5～10mA，即可以较理想地点亮LED。如图2-6所示，设置GPIO引脚为输出方式。使GPIO引脚P0.10输出低电平时，VDD3.3与GPIO引脚有3.3V的电压并，这时LED1即被点亮；使GPIO引脚P0.10输出高电平时，，VDD3.3与GPIO引脚电压差为0，这时LED1不能被点亮；电阻R1～R7用于限流。（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）3系统软件设计软件系统由实时操作系统、应用程序和无线通信协议组成。图3-1为软件系统的结构。节点节能除了在设计中采用低功耗硬件之外，如果系统软件针对能耗进行了专门的优化，那么无线传感器网络的生存时间也能得到有效的延长。3.1 节点地址编码与数据通讯格式设计基于移动节点的传感器网络由多个移动节点和静态节点组成，每个节点在网络中必须有唯一的地址编码和特定的数据传输格式。移动节点的地址编码由主机地址编码和NRF905F地址编码两部分组成，主机编码表示特定的节点号，可以假定为0、1、2、3、4等。NRF905地址编码被高为固定值，二者构建了移动节点在网络中的唯一地址标识。数据传输格式如表3-2所示：（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）#为数据传输的开始和结束的标志，其中SurNo．为信源地址，DesNo为信宿编号，Length为数据长度(字节数)，Datal～Datan为有效数据，CRC为循环冗余纠错检错校验码(1字节)。例如：某个节点欲发送#10H．#20H。#30H 3个字节的数据给基站主机(编号为0)，采用低8位做校验码，其数据包格式如表4-2所示：3.2 节点数据传输流程设计移动节点进入传感网络区域后，发送链接请求信号。转到接受模式收到确认后接受数据。接受到正确数据后对数据包和地址码进行解析；接受到错误数据．向信源节点返回一个重发信号。无线收发单元接受的数据存储到缓存中，信宿地址是本机地址时，微处理器执行相应的程序。否则。修改数据包的信源地址为本机地址，继续转发到下一个节点或基站。节点的微处理器以轮询方式处理传感器系统，无线收发单元的数据。微处理LPC2214按照预定的程序避开障碍物和前行，节点的主程序流程和数据传输子程序流程图如图3-2、3-3所示：（本文由 点梦时刻 www.dreamoment.com 倾情奉献）4. 结论基于ARM的无线传感器网络节点，采用了高性能低功耗的LPC2214微控制器为核心的硬件系统，简化了外围接口电路的设计，提高了系统的性价比和数据处理能力。实验结果显示，该移动节点适合应用于无线传感网络中动态感知信息，完成复杂的任务。涉及到操作系统、应用程序和无线通信协议方面的知识。本任务难点在于把各个模块连接起来，即合适的连接各个接口，让它们协同一起工作。参 考 文 献[1]周立功. 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基于ARM的无线传感器网络节点设计
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