跟着海洋事业的敏捷成长，海洋环保已提上议事日程。是以，海洋水情况监测成为人们愈来愈存眷的核心。

无线传感器收集普遍利用在军事窥伺�����APP、情况监测、方针定位等范畴，可以或许及时地感知、收集和处置收集笼盖规模内的对象消息，并发送给不雅察者。它具有笼盖区域广，可长途监控，监测精度高，布网快速和本钱低等长处。把无线传感器收集手艺利用到海洋水情况监测系统中，是人们近几年来研究的核心。

Zigbee与其他的无线通讯尺度比拟，合用在吞吐量较小，收集扶植投资小，收集平安性高，未便在频仍改换电源的场所。在工业节制范畴操纵传感器基在Zigbee手艺构成传感器收集，可使得数据收集和阐发变得便利和轻易。Zigbee收集用在传感收集的组建很主要的一点在在它的低功耗，其发射功率仅为0～3.6dBm;它的通讯距离可达30～70m，具有能量检测和链路质量唆使能力，能够主动地对本身的发射功率进行调剂，能够在包管通讯链路质量的条件下最小地耗损能量。收集功能是Zigbee最主要的特点，也是与其它无线局域网尺度分歧的处所。在收集层方面，Zigbee的首要工作在在担任收集机制的成立与治理，并具有自我组态与自我修复功能。

IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速度（《250kb/s）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线手艺，收集层以上和谈由ZigBee同盟制订，IEEE802.15.4担任物理层和链路层尺度。完全的zigBee和谈套件由高层利用规范、利用集聚层、收集层、和数据链路层和物理层构成。和谈栈布局如图l所示。

1 传感收集的组成

本文设想的无线传感器收集的构成包罗传感器节点、会聚节点和网关节点，首要担任探测海洋区域内的各类环境，包罗油污检测、浊度丈量、化学需氧量丈量、海藻丈量等等。

传感器节点首要担任收集的构成，海洋各项参数的收集，并将数据经由过程多跳的情势传输到会聚节点。

会聚节点是无线传感器收集的中间节点，担任收集的倡议，拓扑的构成与保护，网路数据的会聚与处置，与监控系统的通讯与消息交互。会聚节点是传感器节点终端节点中能力较强的一种。

网关节点领受来自其他节点的数据，并对数据进行校订、融会等处置，然后发送给监测中间。对监测中间所发指令进行响应处置，用来肯定各个节点的工作状况。

后台监测中间担任对发送回来的海洋参数数据进行汇总与处置，收集拓扑的节制，收集的监护等工作。

全部海洋监测系统由必然数目的传感器收集终端节点、少许会聚节点、一个网关节点和后台监测系统构成。为了探测必然区域，需要在该区域内安插必然数目的传感器节点，以到达对全部区域的笼盖，而且需要一个网关节点完成对来自传感器终真个数据的融会，上传给后台监测系统，完成数据的阐发与处置。从网关节点到监控中间距离一般都比力远，可采取现有的GPRS收集进行长途数据传输。GPRS收集毗连费用相对低廉，传输速度较高，性价比力高，并且可以或许永久在线。传感收集布局示企图如图2所示。

传感器终端节点与会聚节点可以或许主动构成一个自组织、多跳的收集。传感器终端节点按指令收集数据，并将数据实时地经由过程自顺应的路由、多跳中继后传输给网关节点，网关节点将聚集的数据打包后，转发给后台监控系统。

2 硬件设想

本海洋监测系统中的传感器节点是传感收集中最主要的部门，其硬件包罗微处置器单位、一个zigbee通讯模块和电源治理模块;会聚节点硬件包罗微处置器单位、两个Zigbee通讯模块和电源治理模块;网关节点硬件包罗微处置器单位、一个Zigbee通讯模块、一个GPRS模块和电源治理模块。

2.1 节点微处置器MSP430F149单片机

因为无线传感器收集节点需要将传感器输出的摹拟旌旗灯号转换为数字旌旗灯号，可选择一款集成有AD转换功能的微节制器。别的，无线传感器收集节点除完成数据收集功能外，还要完成数据转发和路由功能，因此要有足够的处置能力、法式空间和数据空间。本设想MCU采取的是MSP-430F149单片机，它是TI公司出产的一种16位超低功耗夹杂旌旗灯号处置器，称之为夹杂旌旗灯号处置器，首要是因为其针对现实利用需求，把很多摹拟电路、数字电路和微处置器集成在一个芯片上，以供给“单片”处理方案。其凸起长处是低电源电压、超低功耗。因为为FLASH型，所以能够在线对单片机进行调试和下载法式。

MSP430F149低频辅助时钟采取32kHz时钟晶振间接驱动，可作为后台及时时钟实现自叫醒功能。集成的高速数字节制振荡器（DCO）频次为8MHz，可作为CPU的主系统时钟（MSLK）源，也能够作为CPU的子系统时钟（SMCLK）源。

2.2 节点Zigbee通讯模块CC2420

本系统中无线传感器收集硬件中的Zigbee通讯模块采取低功耗高机能的无线收集模块CC2420来实现，它工作在全球通用的2.4GHz频段。CC2420是一款合适IEEE802.15.4尺度的射频收发器，机能不变且功耗极低。CC2420的选择性和活络度指数跨越IEEE802.15.4尺度的要求，可确保短距离通讯的有用性和靠得住性，操纵此芯片开辟的无线通讯装备撑持数传速度高达250kb/s，可实现多点对多点的快速组网。 CC2420发送数据时，利用间接正交上变频。基带旌旗灯号的同相份量和正交份量间接被DAC转换为摹拟旌旗灯号，经由过程低频滤波器，间接变频到设定的信道上，再由天线发射出去。

CC2420只需要少少的外围电路，包罗时钟电路、射频I/O婚配电路和微节制器接口电路三部门。芯片本振旌旗灯号既可由外部有源晶体供给，也能够由内部电路供给。由内部电路供给时需要外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的巨细取决在晶体的频次和输入容抗等参数。例如当采取16MHz晶振时，其电容约为22pF。射频I/O婚配电路首要用来婚配芯片的输入/输出阻抗。CC2420与微处置器的毗连很是便利，它利用SFD、FIFO、FIFOP、和CCA四个引脚暗示收发数据的状况;微处置器经由过程SPI接口与CC2420互换数据、发送死令等。

CC2420收到物理帧的SFD字段后，会在SFD引脚输出高电平，直到领受完该帧。假如启动了地址辨识，在地址辨识掉败后，SFD引脚当即转为输出低电平。FIFO和FIFOP引脚暗示领受FIFO的缓存区状况，假如领受FIFO缓存区稀有据，FIFO引脚输出高电平;当领受FIFO缓存区为空，FIFO引脚输出低电平;当FIFO引脚在领受FIFO缓存区的数据跨越某个临界值时，或在CC2420领受到一个完全的帧今后输出高电平临界值时，能够经由过程CC2420的寄放器设置。CCA引脚在信道上有旌旗灯号时输出高电平，它只在领受状况下有用，在CC2420进入领受状况最少8个符号周期后，才会在CCA引脚上输出有用的信道状况消息。

SPI接口由CSn、SI、SO和SCLK引脚构成，微处置器经由过程SPI接口拜候CC2420内部寄放器和存储器。在拜候进程中，CC2420是SPI接口的从装备，领受来自微处置器的时钟旌旗灯号和片选旌旗灯号并在微处置器的节制下履行输入/输出操作。SPI接口领受或发送数据时，都与时钟降落沿对齐，CC2420与MSP430F149是经由过程SPI毗连的，此中MSP430F149处在主模式，CC2420处在从模式。MSP430F149还4个I/O口与CC2420相连，首要起查询CC2420状况的感化。

电源治理模块为传感器单位、处置器单位、无线通讯模块供给能源，并对电源进行治理，以提高能量的操纵率。

2.3 系统IEEE802.15.4工作模式

IEEE802.15.4规范中划定利用DSSS调制体例，CC2420中的调制和扩频功能

每一个字节分为两组符号，4位一组，低位符号起首传送，对多字节域，则是低位字节起首传送，可是，与平安相关的域先传送高位字节。每一个符号映照为一个跨越16位的伪随机序列，即32位片码序列。片码序列以2Mchip/s的速度传送，对每一个符号，起首传送低位片码。

调制体例为偏移正交相移键控，具有半个正弦的外形，相当在最小频移键控（MFSK）调制，每片的外形经由过程半个正弦波瓜代在同相和正交相位信道传送。

2.4 数据通讯帧格局设置

同步头包罗前导序列和最先帧分隔符，在CC2420中前导序列长度和最先帧分隔符是能设置的，默许值4字节和1字节，是合适IEEE.80 2.15.4和谈的;物理头位为1字节，帧节制和序列号别离为2字节和1字节：地址和源地址共6字节，待发数据段长度为帧长度减去地址和帧校验序列。当MODEMCTRL0.AUTOCRC节制位置位时，这个帧校验序列主动发生2字节，并由CC2420硬件主动插入。

3 软件设想

本设想中，无线传感器收集是一个多路的自组织无线收集，能够实现主动组网，主动路由查询，主动数据收集与传输，软件设想上必需可以或许实现多跳自组织的功能。别的，传感器节点必需要求极低的功耗，而低功耗除硬件设想上的低功耗外，更主要的是软件设想的低功耗。

此无线传感器收集终端在开机后起首进行自检，假如自检掉败了，则进行硬件毛病提醒，并且主动关机。在自检经由过程后，进一步判定工作模式。传感器节点在自检经由过程落后入接入状况，假如接入掉败则进入期待状况。处在期待状况的节点封闭射频收发器以节流功耗，当期待按时器溢出时，节点再次回到接入状况进行新的参与测验考试。假如节点接入成功便转入营业状况。处在营业状况的节点，完成数据的收集与传输，对近节点数据的中继转发，新节点入网的参与确认等操作。节点为了实现低功耗，必需在营业状况（勾当状况）与休眠状况之间轮换。

软件开辟以IAR Embedded Workbench V2.10为平台，采取C说话编写。节点的MSP430系列单片机撑持C说话法式设想。合用在MSP430系列的C说话与尺度C说话兼容水平高，年夜年夜提高了软件开辟的工作效力，加强了法式代码的靠得住性、可读性和可移植性。软件编程的根基思惟是：先对SPI、CC2420节制端口初始化，使能SPI、UART端口，使能ADC，开机后，便可以运转使命法式，实现领受或发送数据和号令了。

对网关节点的设想，领受数据部门仍采取CC2420无线收发模块，能够采取同一的传输和谈，包管传输的靠得住性;因为还要进行数据的处置，网关节点就不附加传感器了，以便提高处置器对数据的处置能力，MCU同一采取MSP430F149单片机;同时，监控中间一般阔别监测点，需要采取GPRS模块来实现数据的长途传输。其工作流程如图6所示。

4 结论

本文设想的相关海洋水情况监测的无线传感器收集分析应用了无线传感手艺、嵌入式计较手艺、现代收集手艺、无线通讯手艺和散布式智能消息处置手艺，将功能不异或分歧的无线智能传感器组成收集化、智能化的传感收集，年夜年夜提高了监测海洋各项参数的传感器的监测能力。如许的基在无线传感器收集的及时监控系统采取中短距离、低功耗无线收集，射频传输本钱低;可按照需要采取多种供电模式，节能结果好;可实现矫捷的快速组网和主动设置装备摆设，扩大性好。