基于嵌入式系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的中期報(bào)告一、研究背景在現(xiàn)代社會，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的一種重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)自動化、智能交通等領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)用于采集和傳輸各種環(huán)境信息，但直接連接到互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用通常會面臨一些問題,比如：安全性低、傳輸不穩(wěn)定等。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要橋梁，負(fù)責(zé)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)聚合等功能，將傳感器網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)上。本項(xiàng)目基于嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。通過網(wǎng)關(guān)，將本地的傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集和傳輸。二、文獻(xiàn)綜述1.嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的電子系統(tǒng)，具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、可靠性高等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于智能家居、智能穿戴、智能制造等領(lǐng)域。2.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量的節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有自身的處理能力和通信能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。3.網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)聚合的功能。網(wǎng)關(guān)通常用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，使它們可以互相通信。4.基于嵌入式系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)基于嵌入式系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，通常需要考慮電量管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、通訊協(xié)議支持、控制程序等方面。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)需要支持多種通訊協(xié)議，如：Zigbee、Bluetooth、Wi-Fi等，同時(shí)需要支持多種數(shù)據(jù)協(xié)議，如：Modbus、Canbus等。三、關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案本項(xiàng)目基于嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集和傳輸。關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方案如下：1.嵌入式處理器的選擇本項(xiàng)目選擇基于ARMCortex-M芯片的ST-LinkV2調(diào)試器，作為嵌入式處理器。ST-LinkV2調(diào)試器具有高性能、低功耗等特點(diǎn)，支持多種調(diào)試和編程環(huán)境。2.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換本項(xiàng)目選擇Zigbee無線協(xié)議作為傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。Zigbee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗無線通訊協(xié)議。為了將Zigbee協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議，本項(xiàng)目使用了Mqtt協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了Zigbee數(shù)據(jù)與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，具體實(shí)現(xiàn)方案如下：a)ST-LinkV2調(diào)試器運(yùn)行MQTT客戶端代碼，實(shí)現(xiàn)從Zigbee網(wǎng)絡(luò)提取數(shù)據(jù)并發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。b)MQTT客戶端通過MQTT協(xié)議連接到MQTT代理服務(wù)器，將數(shù)據(jù)傳輸給代理服務(wù)器。c)MQTT代理服務(wù)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上的其他設(shè)備。3.控制程序本項(xiàng)目的控制程序基于C語言和Python實(shí)現(xiàn)。控制程序包括數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送等模塊。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及啟示本項(xiàng)目基于嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。通過網(wǎng)關(guān)，可以將本地的傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集和傳輸