基于TinyOS的无线传感器网络环境参数采集系统设计与实现

摘要

无线传感器网络是众多传感器通过无线通信方式,相互联系、处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,可以实时感知和采集网络分布区域内的各种环境对象的信息,并对这些信息进行处理,传送给所需用户。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,比如军事侦测、环境监测、医疗监护、空间探索、城市交通管理、仓储管理等。而环境应用是无线传感网络的典型应用。
　　 本文以Crossbow公司的IRIS新型节点为硬件平台,研究了一种基于TinyOS的无线传感器网络环境采集系统。针对环境的特点,系统分为传感器节点-网关节点-监控终端的三层结构。首先对现有的无线传感器网络操作系统进行了分类总结,重点介绍了无线传感器网络中经典的操作系统TinyOS,包括组件模型、调度机制、通信模型,详细阐述了支持组件化编程的nesC语言的接口、模块等,并采用简单实例在TinyOS操作系统下进行程序验证开发。然后研究了系统的无线通信模块AT86RF230驱动程序,实现了传感器节点无线发送与接收的功能,并设计了SHT71传感器的采集程序,实现了传感器的温湿度采集功能,通过修改XServe数据解析软件程序使得原始数据能通过Cygwin显示并转化成温湿度数据。最后对系统性能进行测试,包括功耗和通信距离,网络自组织自愈,mesh网络部署和温湿度测量等。测试结果表明系统具有低功耗、远距离传输、网络自组织自愈、测量准确性等优点。同时,网络节点体积小,安装和拆卸方便灵活。节点功能扩展性强,可通过增加相关的传感器实现其他采集功能。本系统能产生一定的经济和社会效益。