1、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生：李洪坤導(dǎo)師：黃俊 教授專業(yè)：信息與通信工程軟件程序設(shè)計4課題來源及研究背景1總體方案設(shè)計2硬件電路設(shè)計3測試驗證與總結(jié)5課題來源及研究背景1課題來源研究背景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)解決方案節(jié)點位置固定，不會經(jīng)常移動；電池供電，功耗要求較高；控制節(jié)點與測量節(jié)點，不同節(jié)點工作機制不同。低功耗硬件方案；低功耗網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；低功耗工作模式。校企合作項目“短距離無線通信關(guān)鍵技術(shù)及開發(fā)”組網(wǎng)、傳輸?shù)葯C制上已經(jīng)比較成熟；通用性強，適用于大部分應(yīng)用場景；某些功耗要求高的特殊領(lǐng)域，缺少低功耗優(yōu)化措施?？傮w方案設(shè)計2 需求分析環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能需求功能指標功能需求節(jié)點類型

2、匯聚、中繼、測量和控制節(jié)點節(jié)點數(shù)量65個匯聚節(jié)點建立并維護環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)，接收環(huán)境參數(shù)，發(fā)送命令中繼節(jié)點匯聚和終端節(jié)點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)測量節(jié)點環(huán)境參數(shù)采集控制節(jié)點控制命令執(zhí)行 需求分析環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點性能需求性能指標參數(shù)發(fā)射功率0-10dBm接收電流20m（無中繼）工作時間12個月系統(tǒng)整體方案設(shè)計硬件方案設(shè)計環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用處理器和射頻芯片相結(jié)合的方式：MSP430CC1100無線模塊根據(jù)處理器和射頻芯片的低功耗要求，分別選型，相對靈活。處理器加射頻芯片方案優(yōu)點是可靠性高，成本低。靈活性較差，功耗較大，缺少低功耗優(yōu)化。SOC方案調(diào)度平臺選型分析操作系統(tǒng)TinyosC/OS-內(nèi)存管理靜態(tài)靜態(tài)+動態(tài)分配

3、任務(wù)調(diào)度兩級策略、FIFO任務(wù)調(diào)度基于優(yōu)先級的任務(wù)調(diào)度進程間通信原子塊操作值傳遞或指針信號量，郵箱，消息隊列時間管理FIFO、弱時間管理定時器中斷強時間管理低功耗的環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計是以嵌入式調(diào)度平臺為基礎(chǔ)，TinyOS和C/OS-對比分析如下：節(jié)點整體方案設(shè)計協(xié)議棧分層結(jié)構(gòu)簡化協(xié)議開發(fā)低功耗的處理器與無線模塊硬件電路設(shè)計3硬件電路總體設(shè)計方案9600270uA0.1uA數(shù)據(jù)傳輸率500kbpsRX15.6mA、輸出功率10dBmCCA、LQI、無線喚醒模式環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)三種節(jié)點的硬件設(shè)計基本相同，根據(jù)軟件的不同具有不同的邏輯功能。處理器與射頻芯片連接電路SPI是一個全雙工、同步接口，以主從方

4、式工作。MSP430F149為主設(shè)備，CC1100為從設(shè)備。軟件程序設(shè)計4軟件結(jié)構(gòu)框架協(xié)議棧軟件操作系統(tǒng)驅(qū)動層操作系統(tǒng)移植內(nèi)核文件協(xié)議軟件配置文件移植文件硬件資源操作系統(tǒng)裁剪C/OS-的裁剪服務(wù)功能裁剪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)裁剪任務(wù)管理功能通信服務(wù)功能任務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通信相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)射頻模塊驅(qū)動設(shè)計MSP430F149和CC1100通過SPI總線相連，對射頻芯片的配置通過SPI實現(xiàn)。對寄存器的操作包括：單個寄存器寫配置多個寄存器寫配置單個寄存器讀配置多個寄存器讀配置節(jié)點工作模式設(shè)計應(yīng)用層對環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的工作模式進行設(shè)置。不同的節(jié)點類型，具有不同的工作模式，匯聚節(jié)點的工作流程：控制命令優(yōu)先級高節(jié)點工作模式

5、設(shè)計中繼節(jié)點負責(zé)匯聚節(jié)點與終端節(jié)點之間的數(shù)據(jù)中繼任務(wù)，中繼節(jié)點的工作流程：數(shù)據(jù)判斷節(jié)點工作模式設(shè)計測量節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中采用定時發(fā)送數(shù)據(jù)機制，以10S為周期，將采集到的數(shù)據(jù)通過環(huán)境測控網(wǎng)絡(luò)傳送到匯聚節(jié)點，工作流程為：分時模式節(jié)點工作模式設(shè)計控制節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)成功以后，采用無線喚醒模式工作，工作流程為：無線喚醒模式測試驗證與總結(jié)5硬件平臺測試測試點標準值（V）測量值（V）輸入電源55.01AS1117AR-3.33.33.2基本功能測試測量節(jié)點以溫度傳感器為例，以10S為周期將采集到的溫度信息上傳，匯聚節(jié)點能實時顯示接收到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到上位機，測試結(jié)果如下。可靠性測試 可靠性進行測試：測試環(huán)境為

6、普通建筑物，通信距離不小于10米，無線模塊采用10dbm的發(fā)射功率，通信速率為250kbps。距離（米）收到包個數(shù)丟失包個數(shù)丟包率109911%159733%209555%259466%309288%40752525%50604060%工作模式電流值持續(xù)時間休眠模式2A9960ms發(fā)送模式20.3mA11ms接收模式16.6mA29ms 平均電流0.072462mA功耗測試驗證通過測量節(jié)點不同工作模式下的電流，然后求得測量節(jié)點的平均功耗。測試中，測量節(jié)點以10秒為周期，其中休眠時間為9.96秒，發(fā)送狀態(tài)時間為11毫秒，接收狀態(tài)時間為29毫秒。功耗為217.386W理想情況下使用1.57年 環(huán)境測控系統(tǒng)總體方案設(shè)計 節(jié)點硬件電路設(shè)計 操作系統(tǒng)移植裁剪以及無線模塊驅(qū)動設(shè)計 協(xié)議棧底層設(shè)計以