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1、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Contiki的无线传感网数据采集系统龚国宁 自动化学院 摘 要近年来，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
2、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，
3、移植, CC2420与MSP430AbstractIn the recent years, as the rapid development of MEMS, wireless communication network, embedded system, and the interaction of all kinds of new technologies, many new modes of information obtaining and process come into being. Wireless sensor network is one of them. WSN can
4、be used to monitor the environment, the machines and even the people; hence “ubiquitous computing” will come true. WSN has wide application fields, so it has been paid high attention by the military, the academes, and the industrial from all the world. Meanwhile this provides many challenges in the
5、academe foundations and technologies. With the development of society. WSN got very fast development which is composed of a large number of small, resource-restrained sensor nodes with computing and wireless communication abilities. It has been widely used in the Internet of things and becomes a res
6、earch hotspot of information technology. Wireless sensor network operating system is the core of the whole network., Its performance directly affects system performance. We use the Contiki, the operate system of open source wireless sensor network. First, the OS kernel is studied and then the transp
7、lantation technology is analyzed deep. In order to make the node work, the OS is transplantation to the MSP430 hardware platform successfully through modular method and hierarchical.Keywords: wireless sensor network, Contiki operate system, portingCC2420 and MSP430 目 录1 绪论11.1研究背景11.2研究内容11.3研究意义12
8、无线传感器网络平台及其操作系统简介22.1 节点的组成32.2 网络传感器网络的体系结构及整体构建42.3无线传感器操作系统简介42.4 Contiki操作系统52.4.1 Contiki操作系统简介52.4.2 Contiki操作系统特点62.4.3 Contiki系统架构分析72.4.4 Contiki系统的内核主要特点82.4.5 Contiki系统中的进程92.4.6 Contiki源代码结构分析103 绍硬件介绍123.1 CC2420芯片介绍123.1.1 CC2420性能特点123.1.2 CC2420芯片内部结构123.1.3 CC2420典型应用电路133.2 MSP430简
9、介143.2.1 MSP430特点144 Contiki操作系统移植与实验174.1移植注意的问题174.2 将Contiki操作系统移植到IAR环境的配置174.3 将Contiki内核文件导入工程中214.3.1 platform目录的操作214.3.2 cpu目录的操作225 实验结果236 结论与展望24参考文献25致谢271 绪论1.1研究背景近年来在物联网1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。在未来几年内，无线传感网络（WSN）将对人们的日常生活和几乎所有军工业领域带来巨大影响。
10、尤其随着无线通信和射频技术的不断发展，具有布局灵活、低成本、组网便捷的特点的无线数据采集系统正在逐渐取代传统的有线数据采集系统。科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进
11、行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。1.2研究内容本文在充分了解国际国内研究发展状况和查阅相关的文献资料的基础上，对无线传感器网络的节点与操作系统技术进行了初步研究。探讨将Contiki操作系统移植到无线传感器节点上。本文的内容安排如下：1、绪论，介绍无线传感网络的发展趋势。2、简要分析无线传感器网络的体系结构和特点、Contiki操作系统。3、硬件节点的介绍。4、Contiki操作系统的移植。5、全文的总结和展望。1.3研究意义本文研究的意义，就是从实际项目出发，开发一款无线传感器网络节点，能满足不断变化的应用需求以及具有一定的实用价值，并且能够产生一定的经济效益，促进生
12、产力的发展。由于无线传感器网络是一种新兴技术，因而无线传感器网络研究可以继承的资源也十分有限，设计并且实现无线传感器节点，搭建一定规模的实验平台自然也就成为了无线传感器网络研究初期的一个主要任务。到目前为止，国内外已经出现了众多试验节点，典型的有MicaZ、Telos、Imote、Imote2和DSYS25等2。272 无线传感器网络平台及其操作系统简介无线传感器网络与无线自组网络（Ad Hoc）有相似之处，但存在很大的区别。无线传感器网络的节点数比Ad Hoc网络大，因此分布更为稠密，节点更容易出现故障，环境干扰和节点故障造成网络的拓扑结构经常改变。在通常情况下，大多数的传感器的节点是固定不
13、动的，同时还具有节点资源受限、网络动态性强、以数据为中心等特点。2.1 节点的组成无线传感器网络是由大量靠近或处于待检测目标内部的传感器节点组成。在不同的应用中，节点的组成略有不同,如图2-1所示，但都包括传感器单元（传感器及相关信号处理和数模转换等）、处理单元（CPU、存储器、嵌入式操作系统）、通信单元及电源（相关电源管理等基本单元）。此外还可以配置其它的功能单元，如定位系统、移动系统、执行机构、电源自供电装置及复杂信号处理（包括声音、图像、数据处理及信息融合），即图2-2中虚线所示，并可以根据不同的应用场合做出取舍。传感器节点可以采用飞机播撒、人工布置或火炮发射等方式进行布置，分散节点通过自组织的方式组成网络。由于无线传感器网络的节点数量巨大，因此传感器节点的成本必须尽可能的低，同时无线传感器网络的工作环境和工作方式决定了传感器节点必须体积小、功耗低、功能尽可能单一。目前，国内外已经出现了许多网络节点的设计方法，在功能实现上类似，只是在微处理器和通信方式的选择不同。如，无线通信方式采用自定义的协议ISM频段（Inudstratial，Scientific&Medical）的技术包括射频技术、蓝牙技术、Zigebee技术、UWB技术。图2-1 无线
