基于IPv6的無線高原凍土監測系統
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MC13224是專為無線傳感器網絡節點設計的低功耗系列產品，具有3種可以單獨選擇的功耗模式，其中有可供選擇的低功耗休眠模式，休眠電流都在納安級，而且支持2～3．6 V的工作電壓，使其在電池供電的設備上具有優秀的功耗表現。通過軟件編程可在需要時調整功耗模式以達到最佳的功耗性能，特別是MC13224在其掉電模式(Power Down)下工作電流僅為500 nA，并能通過外部高精度32．768 kHz的晶振精確控制其睡眠時間。
2．1．2 傳感器接口設計
傳感器有4種，分別是土壤水分傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器和氮氣傳感器。傳感器電源可以通過開關三極管和MCU進行開關控制以達到節能的目的。
4種傳感器的響應時間都大于150 ms，遠大于MC13224內部集成的ADC最小采樣時間，所以3個傳感器完全可以共用一個采樣通道。在此，將傳感器設置在通道1，其參考電壓設置為VREF=0 V，VREF+=2．5 V。這樣可以使得A／D采樣的數據更加精確。
2．1．3 射頻接口設計
MC13224內部集成了2．4 GHz IEEE 802．15．4標準的射頻收發器，具有出色的接收靈敏度和抗干擾能力。其可編程輸出功率為+4dBm。只需要極少量的外部元件就可以完成無線收發功能。圖3為MC13224的射頻天線接口。為了方便開發，同時設計了PCB微帶天線和SMC接口的外置天線。E1為PCB微帶天線，J1為外部天線接口。
3 匯聚節點設計
匯聚節點是傳感器網絡和監控中心進行數據交換和相應監控中心指令的核心，其功能主要是通過無線傳感器網絡接收來自于傳感器節點的數據和向傳感器節點發送采集指令；同時實現監控中心雙向GPRS和SMS通信的功能。匯聚節點的硬件結構如圖4所示。本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/161074.htm
3．1 IPv6無線傳感器網絡
IPv6無線傳感器網絡設計主要實現IPv6協議的核心部分，即報文的分片、重組、報頭壓縮和地址自動配置；網絡拓撲采用最簡單的星型結構。由于TCP要求三次握手，在無線環境中傳輸效率較低，因此不適合IPv6的傳輸要求。本設計主要采用UDP，ICMP的報文交互通信。新的TinyOS2．0系統能夠支持IPv6系統。這里使用TinyOS2．0系統作為WSN的操作系統平臺。
TinyOS是一個開源的嵌入式操作系統，是由加州大學的伯利克分校開發研制的，主要應用于無線傳感器網絡方面。其程序采用的是模塊化設計，其核心程序往往都很小，一般的核心代碼和數據大概在400字節左右，能夠突破傳感器系統存儲資源少的限制，讓TinyOS有效地在無線傳感器網絡上運行并執行相應的管理工作。在TinyOS下實現IPv6無線網絡UDP數據包接收和發送流程略——編者注。
3．2 GSM／GPRS模塊
目前GPRS實際數據傳輸速率在50kb／s左右，完全能滿足系統數據傳輸速率的需求。GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境。雖然要與遠在千里的監控中心進行雙向通信，但是GPRS傳輸設備工作時只需與附近的移動基站通信即可。其整體功耗與一臺普通GSM手機相當，平均功耗僅為200 mW左右，小于傳統數傳電臺。因此GPRS傳輸方式非常適用于在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合。GPRS模塊的使用需要先對串口和模塊進行初始化，利用協議將數據通過GPRS網絡進行傳輸。
3．3 MCU在系統中的網關功能
網關的主要作用是協議轉換。MCU網關功能的具體實現過程是系統在MC13224中完成對IPv6數據的解包，將有效數據通過UART接口傳給MC35進行GPRS封裝，再將數據通過GPRS網絡傳給監控中心。
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