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SimpliciTI 体系结构(2)2011-01-25 16:42:10| 分类：软件工程 | 标签：simpliciti自动组网 |字号订阅SimpliciTI底层接口表2 simpliciti 底层接口SimpliciTI应用层接口1.1 smplStatus_t SMPL__Init(uint8_t (*callback)(linkID_t))功能描述：该函数主要初始化通信系统和simpliciti的协议栈。
完成的工作包括有：A.直接调用驱动层函数MRFI_Init完成通讯硬件设备初始化，随机数种子初始化，物理层数据接收缓冲区初始化等工作。
B.调用网络层函数nwk_nwkInit注册用户接收数据处理函数并初始化连接表数据结构，初始化最大连接数，初始化下一个连接将使用到的接收和发送端口号，初始化下一个连接号；将中心节点地址设置为0，并从ROM中获取自身地址并搬移到RAM中；初始化设备类型，数据接收和发送的方式，初始化TRACE ID，将数据接收处理函数注册给nwk_frame.c 文件(而nwk_nwkInit则继续调用nwk_frameInit初始化本设备帧的固有数据结构并向下注册用户接收数据处理函数，nwk_frameInit注册用户数据处理函数的过程是根据预编译宏RX_POLLS来完成的，这个宏设置了用户程序对接收数据的处理方式。
当其被置一，则表明用户程序将采用查询的方式来处理数据，底层用户数据处理函数注册被放弃。
这种情况下接收到用户程序需要处理的数据时，该数据被保存在网络层的接收数据队列sInFrameQ中，等待应用程序来查询获取。
反之，用户数据处理程序被注册给底层函数供中断调用处理。
获取自身地址，并初始化nwk_frame.c文件的TID )；初始化应用层接收和发送数据处理队列sInframeQ和sOutFrameQ，这两个数据队列在逻辑层次上刚刚高于物理层的数据接收缓冲区；同时nwk_nwkInit还将初始化网络层内置的一些应用的TID以及相应的默认信标；初始化广播用到的连接号和端口号。
无线运动数据采集系统的硬件设计随着科技的不断进步，运动数据采集系统在运动训练、医学研究、健康管理等领域发挥着重要的作用。
传统的数据采集系统通常需要使用有线连接，限制了用户的自由度和舒适度。
为了解决这一问题，无线运动数据采集系统应运而生，并逐渐得到广泛应用。
无线运动数据采集系统主要由传感器、无线模块、数据处理单元和电源组成。
传感器负责采集运动数据，如加速度、角速度、心率等。
无线模块负责将采集到的数据通过无线信号传输到数据处理单元。
数据处理单元对接收到的数据进行处理分析，并可以将结果显示在设备上或者传输到远程服务器进行进一步的分析。
电源则为整个系统提供电力。
在硬件设计中，首先需要选择合适的传感器。
传感器的选择应根据具体的应用场景和需求来确定。
常用的传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器、心率传感器等。
其次，无线模块的选择也非常重要。
无线模块应具备较高的传输速度和稳定性，以确保数据的准确性和实时性。
目前常用的无线通信技术包括蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等。
然后，数据处理单元的设计需要考虑数据的处理能力和存储容量。
数据处理单元通常采用微控制器或者嵌入式处理器，可根据需求选择合适的型号和配置。
最后，电源的设计应考虑系统的功耗和使用时间。
可以选择使用电池或者充电宝等便携式电源，也可以采用太阳能、热能等可再生能源。
在设计过程中，还需考虑系统的体积、重量和舒适度等因素。
由于运动数据采集系统通常需要附着在用户身上或者设备上，因此应尽量做到轻便、小巧，并且不影响用户的运动和舒适度。
综上所述，无线运动数据采集系统的硬件设计需要选择合适的传感器、无线模块、数据处理单元和电源，并考虑系统的体积、重量和舒适度等因素。
通过科学合理的设计，可以实现运动数据的无线采集和实时传输，为运动训练、医学研究和健康管理等领域提供更加便捷和高效的解决方案。
信号无线传输设备及无线数据采集系统整体解决方案随着科技的发展和智能化的进步，无线传输设备和无线数据采集系统在各行各业中得到了广泛的应用。
无线传输设备是指通过无线网络或无线传感器将数据从源设备传输到目标设备的设备，而无线数据采集系统是指利用无线传输设备来收集、存储和处理各种类型的数据。
下面将详细介绍无线传输设备及无线数据采集系统的整体解决方案。
首先，无线传输设备的选择是整体解决方案的第一步。
根据具体的应用需求和环境条件，可以选择不同类型的无线传输设备，例如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等。
Wi-Fi用于短距离高速数据传输，适用于家庭、办公室等环境；蓝牙用于低功耗设备之间的通信，适用于物联网设备；Zigbee用于低速数据传输和低功耗设备之间的通信，适用于工业自动化等领域。
在选择无线传输设备时，还需要考虑网络安全、传输距离和可靠性等因素。
其次，无线传输设备需要与数据采集设备进行配对。
数据采集设备是指用于采集各种类型的数据的设备，例如传感器、测量仪器、摄像头等。
无线传输设备可以通过无线网络或无线传感器与数据采集设备进行连接，并将采集到的数据传输到目标设备或云服务器。
因此，数据采集设备的选择也是整体解决方案的重要一环，需要根据具体的应用需求选择适合的设备。
再次，无线数据采集系统需要有相应的数据处理和存储功能。
传输过来的数据可能是原始数据，需要进行处理和分析才能得到有用的信息。
因此，无线数据采集系统需要有相应的处理和存储模块，例如嵌入式处理器、存储芯片等。
这些模块可以对数据进行实时处理和存储，以满足不同的应用需求。
同时，数据处理和存储模块也需要考虑功耗和可靠性等因素。
最后，整体解决方案还需要考虑数据的安全性和可用性。
数据的安全性是指数据在传输和存储过程中的安全性，需要采取相应的加密和认证机制来保护数据的安全。
数据的可用性是指数据的可靠性和实时性，需要确保数据能够及时传输和处理，并且不会丢失或损坏。
为了提高数据的安全性和可用性，可以采用冗余传输和存储机制，以及备份和恢复机制等。
本科毕业设计（论文）基于Contiki的无线传感网数据采集系统学院自动化学院 _________专业 __________ 物联网工程 _________年级班别2012级（2）班学号3112001454 _________学生姓名 __________ 龚国宁________________指导教师 ____________ 王涛________________2016年6月基于近年来，随着微机电系统（MEMS）、无线通信网络和嵌入式系统等技术的飞速发展，各种新技术的融合，出现了许多信息获取和处理的新模式，无线传感器网络就是其中一例。
无线传感器网络可用来监控环境、机器甚至人类自己，从而真正实现“普适计算” 的理念。
无线传感器网络具有十分广阔的应用前景，己经引起了世界许多国家军事界、学术界和工业界的高度重视，同时，在基础理论和工程技术上对课题的研究都是巨大的挑战。
随着社会的发展，由大量体积小、资源受限而且具有一定通信能力和计算能力的传感器节点组成的无线传感器网络WSN得到快速发展。
它在物联网中得到了广泛的应用，已经成为一个研究热点。
无线传感器网络的操作系统是整个网络的核心，它的各种性能直接影响系统的功能。
本文采用开放源代码的Contiki无线传感器网络操作系统。
首先对Contiki操作系统的内核进行研究，然后对系统的移植技术进行深入的分析，采用模块化和层次化的方法将系统移植到MSP430F1611硬件平台上，使系统能在节点上正常运行。
关键词：无线传感器网络，Contiki操作系统，移植,CC2420与MSP430AbstractIn the rece nt years, as the rapid developme nt of MEMS, wireless com muni cati on n etwork, embedded system, and the in teracti on of all kinds of new tech no logies, many new modes of in formati on obta ining and process come into being. Wireless sen sor n etwork is one of them. WSN can be used to mon itor the en vir onment, the mach ines and eve n the people; hence “ ubiquitouscomputing ”will come true. WSN has wide application fields, so it has bee n paid high atte nti on by the military, the academes, and the in dustrial from all the world. Mea nwhile this provides many challe nges in the academe foun dati ons and tech no logies. With the developme nt of society. WSN got very fast developme nt which is composed of a large nu mber of small, resource-restrai ned sen sor no des with comput ing and wireless com muni catio n abilities. It has bee n widely used in the Internet of things and becomes a research hotspot of in formati on tech no logy.Wireless sensor network operating system is the core of the whole network., Its performa nee directly affects system performa nee. We use the Con tiki, the operate system of open source wireless sensor network. First, the OS kernel is studied and then the tran spla ntati on tech no logy is an alyzed deep. In order to make the node work, the OS is tran spla ntati on to theMSP430 hardware platform successfully through modular method and hierarchical.Keywords：wireless sen sor n etwork, Con tiki operate system, port ingCC2420 and MSP4301 绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究内容 (1)1.3研究意义 (1)2无线传感器网络平台及其操作系统简介 (2)2.1节点的组成 (3)2.2网络传感器网络的体系结构及整体构建 (4)2.3无线传感器操作系统简介 (4)2.4 Con tiki 操作系统 (5)2.4.1Con tiki 操作系统简介 (5)2.4.2Contiki 操作系统特点 (6)2.4.3Con tiki 系统架构分析 (7)2.4.4Contiki 系统的内核主要特点 (8)2.4.5Con tiki 系统中的进程 (9)2.4.6Contiki 源代码结构分析 (10)3绍硬件介绍 (12)3.1CC2420芯片介绍 (12)3.1.1CC2420 性能特点 (12)3.1.2CC2420芯片内部结构 (12)3.1.3CC2420典型应用电路 (13)3.2MSP43C简介 (14)3.2.1MSP430 特点 (14)4 Contiki 操作系统移植与实验 (17)4.1移植注意的问题 (17)4.2将Contiki操作系统移植到IAR环境的配置 (17)4.3将Con tiki内核文件导入工程中 (21)4.3.1platform 目录的操作 (21)4.3.2cpu 目录的操作 (22)5 实验结果 (23)6结论与展望 (24)参考文献 (25)致谢 (27)1 绪论1.1研究背景近年来在物联网⑴发展的趋势下，微机电系统（MEMS ）、低功耗高集成度电子器件及无线通信技术的快速发展，导致低成本、微体积、多功能的无线传感器节点设备的出现。
智慧城管无线数据采集系统设计方案XXX有限公司20XX年XX月XX日目录一系统概述 (3)二功能设计 (3)2.1 问题上报 (3)2.2 我的任务 (4)2.3 自行处置 (4)2.4 专项普查 (4)2.5 地图浏览 (4)2.6 案件查询 (4)2.7 轨迹查询 (5)2.8 系统设置 (5)2.9 系统帮助 (6)2.10 打卡下班 (6)一系统概述在无线数据采集系统是为城市管理巡查员对现场信息进行快速采集与传送而研发的专用工具。
城市管理巡查员使用相应功能的信息采集器在所划分的区域内巡查，将城市部件和城市事件的相关信息报送到监督指挥中心，同时接受监督指挥中心和领导的工作派遣与调度。
无线数据采集子系统分为终端应用系统和服务器端应用支撑系统。
终端应用系统实现了对城市部件、事件所发生问题的各种现场信息，通过电话、表单、现场照片、录音和地理信息快速定位等多种采集手段，经无线网络将所采集到的多媒体信息实时传送到受理平台。
服务器端应用支撑系统由无线信息服务系统、数据同步服务系统,地理编码查询系统,数据协同管理和交换系统、安全管理系统等子系统组成。
实现了终端的应用系统和后台的政务信息平台之间的各种数据交换与管理。
二功能设计2.1问题上报主要是巡查员在本功能栏目中将所发现的问题进行详细的描述，根据问题的大类、小类等进行选择，同时将事发位置根据 GPS 定位在地图上进行标识，便于处理部门能够快速准确的到事发地处理。
同时还可以对问题进行拍照和录音，使得问题描述更加准确可信。
①应具有问题上报功能，上报部件或事件类型、部件标识码、位置坐标和图像等信息。
应具有图像压缩功能。
具有上报问题及其所在位置的文字描述、语音信息功能。
②应具有离线操作方式，在网络不正常情况下能暂存上报信息，待网络正常后自动上报。
2.2我的任务任务管理里面主要是监督指挥中心所下发的核实、核查任务，巡查员可以在该部分的功能栏中查看自己所需要处理的问题，以及上报问题的处理状态。
基于WiFi的无线数据采集系统设计张晓光【摘要】本设计采用WiFi技术进行数据和命令的双向传输。
其主要包括数据采集控制器、路由器和上位机。
控制器选用51系列单片机，通过各种接口与传感器和执行机构相连，完成多种环境参数采集与显示，同时可以通过键盘设定和查询参数。
多个数据采集控制器与路由器相连，作为上位机的电脑或手机也与之相连。
这样构成了一个多点无线数据采集及传输系统，可用于智能温室、医院病房等场所，无须布线、施工成本低、终端可以移动。
%This design uses the WiFi technology to carry on bidirectional transmission of data and commands. It mainly includes data acquisition controller, router, and the host computer. The controller uses 51 Series MCU, connected through a variety of interfaces and the sensor and actuator, to complete the acquisition and display of various environmental parameters, at the same time it can query the parameters set by keyboard. And a plurality of data acquisition controller connected to a router, as PC computer or mobile phone connected. This constitutes a multi point wireless data acquisition and transmission system, which can be used for intelligent greenhouse, medicine hospital ward and other places, with no wiring, low construction costs, the terminal can be mobile and so on.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)023【总页数】2页(P21-22)【关键词】WiFi;单片机;数据采集控制器;无线数据采集【作者】张晓光【作者单位】福建水利电力职业技术学院，福建永安 366000【正文语种】中文数据采集系统应用范围越来越广，功能越来越全，更需要一种高效、简洁、高性价比的无线传输方式。
摘要：利用TI推出的针对简单小型RF网络的专有低功耗RF协议——SimpliciTI网络协议设计了一种无线数据采集系统方案，方案中采用CC1110芯片等组成了系统硬件的中心控制器、路由节点和终端节点，并在此基础上进行软件设计。
实验结果证明方案行之有效。
引言
随着生产技术的现代化进程，各种生产环境条件下的监控系统也在不断发展，传统的监控系统多采用有线的方式。
无线传感器网络的出现提供了另外更好的选择。
对比于传统的有线网络，无线局域网的应用价值体现在：
可移动性。
由于没有线缆的限制，用户可以在不同的地方移动工作，网络用户不管在任何地方都可以实时地访问信息。
布线容易。
由于不需要布线，消除了野外布线的繁琐工作，因此安装容易，建网时间可大大缩短。
组网灵活。
无线局域网可以组成多种拓扑结构，可以十分容易地从少数用户的点对点模式扩展到上百个用户的基础架构网络。
另外，无线网络通信范围不受环境条件的限制，室外可以传输几公里、室内可以传输数十、几百米。
在网络数据传输方面也有与有线网络等效的安全加密措施。
1 硬件设计
系统采用SimpliciTI网络协议支持的串状网络结构，整个系统由中心控制器、路由节点和终端节点组成。
中心控制器通过USB与电脑连接，可以通过PC软件显示和查看信息，同时也可以通过PC软件系统进行设置和控制。
而中心控制器采用无线方式与其他路由节点和终端节点通信。
当中心控制器不能直接与终端节点通信时，就由路由节点转发通信数据。
系统结构如图1所示。
中心控制器、路由节点、终端节点都采用CC111O芯片，终端节点的CC1110芯片接收如温度、光照等各种类型的传感器采集来的数据，并进行处理发送。
图1 系统结构
CC1110芯片包含了CC1100 RF收发器，并内嵌了加强型51内核单片机。
芯片内嵌32 KB的在系统可编程Flash存储器、4 KB的SRAM存储器、8通道8～14位A／D转换器、1个16位定时器和3个8位定时器、2个UART／SPI、RTC和21个通用I／0。
基于CC1100的高性能无线收发器工作于433 MHz，频率稳定性好，灵敏度高，无线数据传输最大速度可达500 kb／s，采用低供电电压(2．3～3．6 V)，在数据采集发送期间的电流消耗为18 mA，休眠期间消耗电流为O．5μA，电流消耗非常低，工作温度范围为-40～85℃，适应于恶劣环境。
CC1110应用电路如图2所示。
图2 CC1110应用电路
2 网络协议设计
协议采用TI推出的针对简单小型RF网络的专有低功耗RF协议——SimpliciTI网络协议，能够简化实施工作，尽可能降低微控制器的资源占用。
该协议能“开盒即用”地在CC111O／CC2510等片上系统(SoC)或MSP430超低功耗微控制器与CC11OX／CC2500RF 收发器上运行。
设计得当的RF协议对降低最终应用的功耗至关重要。
SimpliciTI网络协议由Network Management(网络管理)、Access Point、Frenquency Agility(跳变)、Range Extender、Eneyption(加密)、Battery-only Network(低功耗网络)几个模块构成。
SimpliciTI网络协议主要包括3层：Application Layer(应用层)、Network Layer(网络层)、Lite Hardware Abstraetion Layer(硬件逻辑层)，如图3所示。
SimpliciTI网络的加密在网络层处理。
图3 SimpliciTI网络协议结构
SimpliciTI的硬件逻辑层主要包括：Radio(射频层)、BSP(应用板支持层程序包)。
SimplieiTI没有物理层(PHY)和数据链路层(MAC／LLC)，数据直接从射频层接收过来，射频层的作用就是直接将数据接收下来。
协议内提供了射频层与网络层(NWK)连接的板级支持层程序包BSP(Board Sup PORT Package)，BSP提供射
频层与网络层通信的SPI接口。
BSP并不是传统意义上的硬件网络逻辑层，它不仅仅是射频层与网络层之间通信的服务支持。
BSP方便地提供了LED、KEYS以及GPIO引脚的定义，但是其他相关的定义并没有提供，如串口、LCD、定时器等，用户需要根据自己的程序进行定义。
SimpliciTI网络协议工作原理如图4所示。
图4 SimpliciTI网络协议工作原理
网络层负责如下功能管理：频段管理，跳频支持，调制方式、数据传输速率等无线参数管理，加密管理，数据传输，CCA(清除信道*估)，网络ID，设备地址，加入、连接网络。
网络层管理射频发送与接收，并指定目的地址。
目的地址通过接口号(PORT)指定，网络层是不会做任何帧处理的。
接口(PORT)概念和TC-P／IP中的PORT概念相似，它是地址概念的延伸。
接口编号范围为0x01～0x3F，其中0x01～Ox1F为接口，Ox20～0x3F为用户定义。
接口用于网络层自身对网络的管理，这些接口不能被用户应用层应用。
就像TCP／IP中的IP必须对应相应的物理地址一样，网络层会在连接过程中把接口号跟地址关联起来。
应用层又分为网络应用层(NWK Application)和用户程序应用层(Peer Application)。
网络应用层提供网络层管理，除了提供外部PING访问以外，还提供了很多供用户开发的接口，表1详细列出了相关的应用及描述。
表1 应用层的用户开发接口
SimpliciTI支持2种基本网络拓扑结构：星状网络拓扑和点对点对等网络拓扑，同时支持网络拓扑扩展，即在星状网络的基础上，使用范围扩展设备网络为串状网络。
本系统就采用这种网络拓扑结构，其中包括一个AP(Access Point)、多个RE(Range Extender)、多个ED(End Device)终端。
3 软件设计
软件主要分为控制中心、终端节点和路由节点软件3个部分。
3．1 控制中心
控制中心不断地监测有多少节点设备加入，并判断是否加满。
若数据中心还有空闲的PORT，则分配PORT，通知节点设备通信的PORT号。
对已经加入该数据中心的设备通信，判断是否收到数据，如果收到符合格式的数据，则上传给PC机显示或存数据库。
等待串口数据，如果没有数据，则继续执行其他任务；如果收到数据，则取对应的通信PORT，发送控制命令到指定的节点，该节点温度光亮度等需要调整。
流程如图5所示。
图5 控制中心软件流程
3. 2 终端节点
终端节点的主要功能有：监测数据中心，加入网络；定时采集传感器数据，初始化温控系统；接收数据中心数据，监控数据中心传来的控制命令执行；监测串口状态。
流程如图6所示。
图6 终端结点流程图
3．3 路由节点
路由节点也称为范围扩展，其实现的功能是将数据的通信距离延长，起到扩展每一个设备通信距离的作用，设计使用时需要注意如下问题：需要接收的数据有效载荷的长度不能大于范围扩展定义的最大有效载荷长度；修改范围扩展最大有效载荷的长度；需要接收的数据有效载荷的长度不能大于整个协议定义的最大有效载荷长度(50字节)；范围扩展不能掉电。
流程如图7所示。
图7 路由节点软件流程
4 总结
该无线数据采集系统是通过在多个终端节点上配置各种微型传感器，实现了对目标环境进行实时监测，由节点完成对采集的物理量到数字量的转换，经无线通信网络将数据传送至PC机进行统一的分析、处理和保存。
相对于传统的敷线网络系统，具有功耗少、成本低、操作简便灵活的优势，是实现实时监控应用的一种高效节能、性能可靠的新技术。
由本设计派生出来的无线监控系统有着非常广泛的应用环境。
