基于C2000嵌入式无线网关的设计

2019-07-26 16:50发布

Wi-Fi是目前最成功的无线局域网（WLAN）系统，它基于IEEE802.11技术标准，通过近几年的快速发展，基础架构设施已经比较完善，无线接入热点（AP）覆盖已经很广，价格也很便宜。它是一种可以将个人电脑、手持设备（如PAD、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。通常，WLAN的带宽和传输延迟比许多其他类型的用户互联网连接（如ADSL、GPRS和3G）要好得多，因为WLAN既提供访问互联网服务，也提供本地通信服务。Wi-Fi在许多场合访问速度更多是受到共享连接和用户人数的限制，而非技术本身。Wi-Fi的突出优势是传输带宽、技术成熟度、开放的网络协议，以及基础接入产品、设施的完备和广泛覆盖。目前Wi-Fi已成为标准设备的必备功能。本系统实现了一个ZigBee到Wi-Fi的网关，使得ZigBee网络节点收集的数据能够通过Wi-Fi网络传递给笔记本电脑、手机等标准设备，反之，标准设备也可以发送命令给ZigBee设备，使其实现控制、采集等功能。在整个网关设计中，它要负责两方面的工作。一方面在ZigBee网络中，终端传感器节点和路由传感器节点负责数据的采集、处理。网关节点把从传感器节点那收到的数据经过提取，并按照一定的格式打包发送给自身的Wi-Fi模块。另一方面，网关节点的Wi-Fi模块通过无线方式把检测数据发送给PC端的监控软件。
本文设计的无线网关可以极大地改善无线传感网络的远程数据传输问题，使管理人员能够及时准确地在远程终端上获取无线传感网络的数据信息，并对这些数据进行分析、处理等操作。无线网关在无线传感网中的位置。LM3S9B96微控制器具有ARM Cortex-M3处理器核，80MHz主频，100DMIPS性能；片上256KB单周期Flash，96KB单周期SRAM，片上ROMStellarisWare 软件；8/16/32位独立外设并行总线，支持SDRAM、SRAM/Flash、FPGA、CPLD；另外还具有非常丰富的外设资源。LM3S9B96微处理器的目标应用有工业远程监控、测试测量仪器、网络装置、医疗器械、能源运输等等。CC2520是TI的第二代ZigBee® / IEEE 802.15.4 RF收发器，它运行在2.4 GHz ISM频带。它可应用于工业级产品中。CC2520提供了硬件上的帧处理，数据缓冲，突发传输，数据加密，数据认证，空闲信道评估，链路质量指示和帧定时信息。这些功能可减少主机控制器的负担。EMW-380 Wi-Fi模块实现了系统的WLAN功能的。EMW-380 Wi-Fi模块是一个软硬件高度封装的嵌入式Wi-Fi（802.11b/g）应用模块。硬件模块由ARM处理器和Wi-Fi射频芯片组成，软件集成了Wi-Fi、TCP/IP、UDP、DHCP等网络协议。模块提供一个UART/SPI串行接口与主MCU相连，并由一个简单的API命令集来实现网络控制和基于802.3帧格式的链路层数据服务。该模块主要负责将从LM3S9B96发送过来的数据封装成TCP数据包发送到WLAN，同时还可以将从WLAN发送过来的命令传送给LM3S9B96。ZigBee建立于IEEE标准802.15.4(2003版本)的物理层和介质访问控制层之上。规范中有4个主要组件：网络层、应用层、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商定义应用对象。除了在底层结构上增加了网络层和应用层外，ZigBee最重要的改进是引入了ZDO。ZDO负责执行多个任务，如执行设备角 {MOD}功能、管理加入网络、设备发现和安全请求。由于ZigBee节点从睡眠状态转换到活动状态只需要30ms或更短，故和蓝牙等设备相比，ZigBee设备更为敏感，延迟更低。且由于ZigBee节点大多数时间都可以处于睡眠状态，所以平均功耗很低，从而具有更长的电池寿命。ZigBee产品主要应用于需要低数据率、低功耗的嵌入式应用中。整个网络需要非常少的电量，每个单独的设备都必须具有长达2年或以上的电池寿命。
典型的应用领域包括家居娱乐和控制、无线传感器网络、工业控制、、医疗数据收集、建筑自动化等。

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