無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取和處理技術，在現(xiàn)實生活中得到了越來越廣泛的應用。隨著通信技術、嵌入式技術、傳感器技術的發(fā)展，傳感器正逐漸向智能化、微型化、無線網(wǎng)絡化發(fā)展。目前，國內外主要研究無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的低功耗硬件平臺設計、路南算法和拓撲控制、網(wǎng)絡協(xié)議、定位技術等。這個設計以檢測光線強度的傳感器為例，實現(xiàn)了一個無線傳感器網(wǎng)絡，根據(jù)傳感器所檢測的光線強弱來關閉或開啟指示燈。這種傳感器網(wǎng)絡綜合了嵌入式技術、傳感器技術、短程無線通信技術，有著廣泛的應用。該系統(tǒng)不需要對現(xiàn)場結構進行改動，不需要原先任何固定網(wǎng)絡的支持，能夠快速布置，方便調整，并且具有很好的可維護性和拓展性。 |J$A%27  
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IEEE 802.15.4標準 /[R=-s ;  
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IEEE 802.15.4標準適用于低速率、低功耗、低復雜度和短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線個域網(wǎng)(WPAN)。在網(wǎng)絡內的無線傳輸過程中，采用帶沖突避免的載波偵聽多路訪問機制(CSMA／CA)，支持超幀結構和時槽保障機制(GTS)。網(wǎng)絡拓撲結構可以是星型網(wǎng)或點對點的對等網(wǎng)。該標準定義了3種數(shù)據(jù)傳輸頻率，分別為868MHz、915MHz、2.4GHz。前兩種傳輸頻率采取BPSK的調制方式，后一種采取0-0PSK的調制方式。各種頻率分別支持20 kbit／s，40kbit／s和 250 kbit／s的無線數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸距離在0m～70m之間。本義中采用的是頻率為2.4GHz的無線發(fā)射模塊。 hf`y_H+\7  
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無線傳感器網(wǎng)絡的實現(xiàn) /b+~BvTh  
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網(wǎng)絡平臺組建 Gb')a/  

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無線傳感器網(wǎng)絡平臺由光強傳感器模塊、微處理器模塊、無線發(fā)射模塊三個部分組成，如圖1所示。微處理器模塊和無線發(fā)射模塊集成在一塊板子上，而光強傳感器模塊通過接口與微處理器相連，這樣可以通過更換不同的傳感器模塊來應用于各種場合。 d59rq<yI  
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光強傳感器模塊 ?1Nz ,Lc$  
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由于各種不同的應用場合中需要采集的模擬量千籌萬刖，網(wǎng)絡平臺中傳感器模塊采用了擁有50針插針的通用接口。這樣可以通過更換不同的傳感器模塊子板來應用于各種場合。傳感器電路部分設計采用power。gating技術在無數(shù)據(jù)采集任務時降低功耗。 #2=l\y-#  
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微處理器模塊 8mX!mYO3c  
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微處理器選用8位低功耗微控制器ATMEGA128，數(shù)據(jù)吞吐率很高，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。相對于其他通用的8位微處理器來說，它具有非常豐富的資源，具有片內128k字節(jié)的程序存儲器(Flash)，4k字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器(SRAM，可外擴到64k)和4k字節(jié)的EEPROM。它高速和大容量RAM的特性，為處理數(shù)據(jù)包提供了便利。 01(U)F\  
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無線發(fā)射模塊 *|&Y ,H?  
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無線發(fā)射模塊采用的是Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420是TI-Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發(fā)器。該芯片只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE802.15.4標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。 [Rj4=qq=  
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組網(wǎng)類型 (Mc{nFqS  
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在本文中，無線傳感器網(wǎng)絡采取星型拓撲結構，由一個網(wǎng)絡協(xié)調器作為中心節(jié)點，可以跟任何一個普通節(jié)點通信。普通節(jié)點上含有光強傳感器對周圍環(huán)境中的光信號強度參數(shù)進行測量、采樣，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)往中心節(jié)點，并且可以對中心節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)、命令進行分析處理，完成相應的操作。若兩個普通節(jié)點之間要傳送數(shù)據(jù)則必須經(jīng)過中心節(jié)點，由中心節(jié)點把數(shù)據(jù)傳送到相應的節(jié)點上。 GRc)3 2,  
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組網(wǎng)流程 PKlR_#EB?  
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無線傳感器網(wǎng)絡是一個自組織的網(wǎng)絡，如果一個全功能節(jié)點被激活，它就可能建立一個網(wǎng)絡并把自己沒為網(wǎng)絡協(xié)調器，其他的普通節(jié)點可以申請加入該網(wǎng)絡。這樣就可以建成一個具有星型拓撲結構的無線傳感器網(wǎng)絡。本文中的無線傳感器網(wǎng)絡支持超幀結構，網(wǎng)絡協(xié)調器經(jīng)過能量掃描、主動信道掃描后，按照設定的參數(shù)周期性的發(fā)送信標幀。普通節(jié)點首先經(jīng)過能量掃捕和被動信道掃描后，獲取信標幀中包含網(wǎng)絡特征的參數(shù)，如信標序號(beaconorder)、超幀序號(superframeorder)和網(wǎng)絡標號等。通過mlmeSyncRequest()函數(shù)(根據(jù)MLME-SYNC.request原語編寫)請求與網(wǎng)絡協(xié)調器同步，再通過mlmeAssociateRequest()函數(shù)(根據(jù)MLME-ASSOCIATE.request原語編寫)請求與網(wǎng)絡協(xié)涮器關聯(lián)。在與網(wǎng)絡協(xié)調器關聯(lián)的過程中，網(wǎng)絡協(xié)調器為每個請求關聯(lián)的普通節(jié)點分配16位的短地址。這樣在以后的數(shù)據(jù)傳送中就可以用短地址進行通信，提高通信效率、降低發(fā)射中的能量消耗，從而延長網(wǎng)絡的使用壽命。 !(*&P  
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數(shù)據(jù)傳輸機制 PqspoH 0OI  
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數(shù)據(jù)格式 N
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在IEEE 802.15.4標準中定義了四種幀，分別是信標幀、數(shù)據(jù)幀、命令幀、確認幀。存燈光控制的無線傳感器網(wǎng)絡中，這四種幀都得到了應用。 &XNt/bK-?  
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(1) 信標幀：用以網(wǎng)絡協(xié)調器在支持超幀結構的第一個時槽向其臨近節(jié)點廣播信標，當附近的節(jié)點接受到信標幀后就可以申請加入該網(wǎng)絡。信標幀的結構如表1所示，在幀控制域中定義了幀的類型為信標幀。 A