無線傳感器網絡是部署在區域內的大量具有傳感、計算和通信能力的傳感器節點通過自組織方式構成的多跳無線網絡,是無線通信、嵌入式計算和分布式數據處理等多領域技術的交叉融合。傳感器節點通常包括處理器、存儲器、傳感器、無線通訊和電源等組件,能夠同時進行數據的采集、處理以及無線傳輸,具有低功耗、小體積等優點。傳感器節點之間分工協作,可實時感知、監測和采集分布區域內監測對象或周圍環境的信息。
ZigBee 基于IEEE 802.15.4 協議標準,是一種短距離、低速率的無線通信技術。ZigBee 采用了直接序列擴頻技術,可以工作在868MHz、915MHz 或2.4GHz 頻段。與其它無線通信技術相比,ZigBee 具有架構簡單、成本低、可靠性高、組網能力強等特點,因此,ZigBee 非常適用于無線傳感器網絡。
系統的組成與原理:
按照功能的不同,ZigBee 定義了3 種類型的設備,即終端設備、協調器和路由器。在系統中,終端設備就是傳感器節點,節點隨機部署在森林內,配置有低成本、低功耗的微處理器,可采集大氣相對濕度、空氣溫度等環境監測參數。若干個相鄰的傳感器節點構成一個稱為簇的自組織網絡,簇中的傳感器節點又可以分為簇首和普通節點。簇首是全功能設備,主要用于數據的融合及轉發。簇首可以將所轄簇中普通節點采集到的數據發送到上層的協調器,也能將協調器接收到的信息在簇內進行廣播;普通節點是精簡功能設備,它只能與簇首通信,即把采集到的數據跳轉至本簇的簇首。協調器的功能是建立網絡,對網絡進行管理和控制,并保存網絡的一些基本信息;最終協調器將監測到的數據轉發到網關,經過處理后,再由網關通過GPRS 網絡將數據發送到監控中心。監控中心包括通信服務器和數據服務器,通信服務器與網關通過GPRS 網絡進行數據交換,數據服務器保存接收到的森林環境數據,并且提供了數據的管理、查詢和編輯等服務。
ZigBee 網絡主要有星狀和網狀2 種拓撲。星狀拓撲結構簡單、使用壽命長,但是網絡覆蓋有限,并且一旦簇首節點發生故障,整個簇與網絡的連接都將中斷。與星狀拓撲相比,網狀拓撲網絡覆蓋廣、可靠性高,但是結構復雜、使用壽命短。通常情況下,森林地區地形復雜、氣象多變、植被覆蓋茂密,這些不利因素會縮短ZigBee 網絡中傳感器節點的有效通信距離,或者造成節點與協調器連接中斷,導致數據丟失。為了提高ZigBee 網絡的魯棒性,避免數據丟失,系統采用星狀-簇首-路由拓撲結構。這種分級的混合拓撲綜合了以上星狀和網狀拓撲的優點,提高了網絡的可靠性和靈活性。
上述摘自《基于ZigBee無線傳感器網絡的森林環境監測系統》
CC2530是TI 公司推出的最新一代ZigBee標準芯片,適用于2.4GHz、IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用。CC2530包括了極好性能的一流RF收發器,工業標準增強性8051 MCU,系統中可編程的閃存,8KB RAM以及許多其它功能強大的特性,可廣泛應用在2.4-GHz IEEE 802.15.4 系統,RF4CE遙控制系統,ZigBee系統,家庭/建筑物自動化,照明系統,工業控制和監視,低功耗無線傳感器網絡,消費類電子和衛生保健。
CC2530 與CC2430 對照
項目 |
CC2430 |
CC2530 |
引腳 |
48 |
40 |
封裝 |
QLP48 |
QFN40 |
電壓 |
2.0V – 3.6V |
2.0V – 3.6V |
大小 |
7x7mm |
6mm × 6mm |
微控制器 |
增強型C8051 |
增強型C8051 |
Flash |
32/64/128KB |
32/64/128/256KB |
RAM |
8 KB SRAM, 4 KB Data |
8KB |
段頻 |
2.4G |
2.4G |
支持標準 |
ZigBee04/06/ SimpliciTI |
ZigBee07/PRO/RF4CE/ SimpliciTI |
軟件平臺 |
IAR |
IAR |
射頻RF |
CC2420 |
CC2520 |
接收靈敏度 |
-90dBm |
-97dBm |
輸出功率 |
0(最小為-3)dBm |
4.5(最小-8,最大10)dBm |
自帶傳感器 |
溫度 |
溫度 |
功耗 |
RX:27mA |
RX:24mA |
TX:25mA |
TX:29mA |
低功耗 |
掉電:0.9uA |
掉電:1uA |
掛起:0.6uA |
掛起:0.4uA |
抗干擾 |
CSMA/CA |
CSMA/CA |
DMA |
支持 |
支持 |
RSSI/LQI |
支持 |
支持 |
AES處理器 |
有 |
有 |
I/O |
21個 |
21個 |
定時/計數器 |
4(2個16位、2個8位) |
4(2個16位、2個8位) |
串口 |
2個 |
2個 |
802.15.4定時器 |
有 |
有 |
ADC |
8-14位 |
7-12位 |
無線龍感知RF2實驗箱,以ZigBeeCC2530為核心的IEEE802.15.4/ZigBee網絡,組建了一個覆蓋大量傳感器節點的短距離無線局域網絡;在這個無線局域網中的傳感器節點,可以智能的實現網絡連接,高效靈活的網絡內任一兩點間數據傳輸。
網關采用7寸液晶顯示屏,集成WinCE6.0/LINUX/ANDRO三大操作系統,可更換ARM9/ARM11/ TI Cortex-A8等三種處理器;配備全速WIFI/藍牙系統,RFID,加上100M以太網通訊接口,完美實現計算機數據處理中心遠程控制和采集工業現場各種形形色色的無線傳感器。
同時,開放硬件設計、軟件設計、網絡協議棧等設計資源,關鍵技術、核心通信協議以設計原理圖、源代碼方式提供,豐富的實驗例程,為項目開發提供最便捷的道路!
技術交流
:1987338926