1、本科毕业设计（20届）基于WINCE的无线传感器数据采集软件的实现所在学院专业班级通信工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】本课题融合了无线传感器网络技术和嵌入式开发技术，以校园生态环境监测为例实现了小规模区域生态环境监测的网络系统，系统由无线传感器网络构成的数据采集系统和XSBASE270S嵌入式开发平台、PC平台构成的数据监测系统组成，数据监测系统的核心为基于WINCE系统的数据采集分析软件构成，该系统可进行即时数据监控、活动节点查看、历史数据清理和监测数据上传等功能。极其适合校园、社区、医院等小规模区域环境监测。相比于传统监测手段，它节省了布线、人工监测等消耗的人力、物力
2、，由于与传感器有着准确、微型、超地形限制的优点使得校园生态环境监测系统具有广泛的应用空间。【关键词】无线传感器网络数据采集数据监测WINCE系统IIABSTRACT【ABSTRACT】THISINTEGRATIONCOMBINESWIRELESSSENSORNETWORKTECHNOLOGYANDEMBEDDEDDEVELOPMENTTECHNOLOGYTOMONITORTHEECOLOGICALENVIRONMENTONCAMPUS,WHICHISASMALLREGIONALECOLOGICALENVIRONMENTTHESYSTEMISCOMPOSEDBYWIRELESSSENSORNET
3、WORK,XSBASE270SEMBEDDEDDEVELOPMENTPLATFORM,ANDPCPLATFORMWIRELESSSENSORNETWORKISVIEWEDASTHEDATAACQUISITIONSYSTEM,ANDXSBASE270SANDPCISREGARDEDASTHEDATAMONITORINGSYSTEMTHEPRIMEPARTOFMONITORINGSYSTEMISWINCEBASEDDATAACQUISITIONANDANALYSISSOFTWARESYSTEM,WHICHHASTHEFUNCTIONSOFREALTIMEDATAMONITORING,ACTIVEN
4、ODEVIEW,HISTORICALDATACLEANUPANDMONITORINGDATAUPLOADCOMPAREDWITHTRADITIONALMONITORINGMETHODS,THENOVELMONITORINGSYSTEMREDUCESTHECONSUMPTIONOFMANPOWERANDMATERIALRESOURCESCOSTBYWIRINGANDMANUALMONITORINGSINCETHESENSORSHAVETHEADVANTAGESOFPRECISE,MICRO,ULTRATERRAIN,THECAMPUSENVIRONMENTMONITORINGSYSTEMHASW
5、IDEAPPLICATIONSPACE【KEYWORDS】WIRELESSSENSORNETWORKSDATAACQUISITIONDATAMONITORINGWINCESYSTEMIII目录目录III1绪论111项目背景及意义112国内外现状研究113本文的主要内容及论文结构3131本文的主要内容3132论文结构32WSN原理及系统软硬平台概述521无线传感器技术（WSN）原理5211路由协议5212MAC协议6213物理层设计概述622嵌入式系统软硬平台介绍7221XSBASE270S系统开发平台介绍7222WINDOWSCE介绍及其功能特点9223PLANTFORMBUILDER50介绍
6、10224EMBEDDEDVISUALC介绍113校园生态环境监测系统设计1231区域环境介绍宁波大学1232校园生态环境监测系统设计结构134数据采集系统构成与开发1541无线传感器网络硬件介绍15411ANTC3节点板15412AGT网关板15413SINK节点1642ZIGBEE协议分析16421物理层17IV422MAC层17423网络层18424应用层1843传感数据采集原理1944基站及传感器节点的配置2045传感器的添加215数据监测系统构成与开发2751嵌入式开发平台下数据监测系统的实现27511编译270S上的WINDOWSCE50系统27512ETHERNETBOOTLOA
7、DEREBOOT28513下载内核镜像30514ACTIVESYNC32515WINCE平台下的数据采集系统3452PC机平台下数据采集的实现3853软件测试结果分析40致谢错误未定义书签。参考文献4311绪论11项目背景及意义随着社会日益迅速的发展，生态环境监测作为环境保护的重要内容越来越受到各国政府和环保机构的重视。生态环境监测不仅可以使人们清楚的掌握所测地区的气温、气候、物种栖息状况等生态数据以供科学研究进行环境保护，准确、即时的生态环境监测更可以做到减少甚至避免自然灾害带来的影响。但由于传统人工的环境监测消耗大量人力、物力的同时监测结果仍然具有滞后性、非准确性等多种弊端，生态环境监测仅
8、仅多停留在科研领域，所测的生态数据不能直接服务于人民的日常生活当中去。推广区域生态环境监测系统的意义便凸显出来。随着当今“物联网”概念的普及，作为“物联网”技术的核心技术之一，无线传感器网络（WIRELESSSENSORNETWORKS）的发展越来越受到IT行业的重视。早在1999年美国商业周刊便将其列为21世纪最重要的21项技术之一，美国MIT技术评论也将其WSN列为十种改变未来世界新兴技术之首。经过多年的发展，无线传感器网络也得到长足的发展，将无线传感器网络运用于生态环境监测的呼声越来越多，且无线传感器网络由于其准确、便捷、微型、不受地域条件限制等条件使得生态环境监测的推广越发具有可行性。
9、基于无线传感器网络的生态环境监测系统将是未来环保领域主流监测方式。12国内外现状研究无线传感器网络（WSN，WIRELESSSENSORNETWORK）滥觞于20世纪70年代，最早诞生于军事领域，比如音监测系统（SOSUS，SOUNDSURVEILLANCESYSTEM）。这种最初的传感器网络能够捕获的信号多为单一、简单的类型，传感器节点之间的通信方式为点对点式通信，网络处理结构一般采用分级式。上世纪80年代初期，美国国防部高级研究项目局（DARPA，DEFENCEADVANCEDRESEARCHPROJECTAGENCY）进行的分布式传感器网络项目（DSN，DISTRIBUTEDSENSOR
10、NETWORK）开创了现代传感器网络的研究方向。该项目由TCP/IP协议的发明人之一ROBERTKAHN主导，起初设想建立一个由空间分布的低功耗传感器节点构成的网络，这些节点之间相互协作，但自主运行，将信息送达需要他们处理的节点1。通过多所美国高校的研究，项目在节点实验平台、信号处理、目标跟踪、操作系统等许多方面取得了长足的发展，奠定了现代传感器的研究基础。20世纪80至90年代，传感器网络的研究领域依旧以服务军事为主，被美军列为网络中心战思想中的关键技术。1994年，加州大学洛杉矶分校的WILLIAMJKAISER教授向DARPA提交了研究建议书“LOWPOWERWIRELESSINTEGR
11、ATEDMICROSENSORS”，对推动WSN研究有里程碑的意义。11998年GJPOTTIE以网络的角度对WSN的科学意义有了新的解2释。同年，DARPA以实现“超视距”战场检测的目标投入巨额资金启动了SENSIT项目。进入21世纪以后，借由无线通信技术、嵌入式开发技术及微芯片制造等技术的蓬勃发展，WSN的应用领域得到了极大的拓宽。随着WSN技术愈发成熟，其应用领域也不再局限于军事方面。WSN为许多科学研究提供了便利的技术手段，已经有不少相当成功的案例，例如大鸭岛海燕监测、冰河检测、医疗监测平台、电子牧场、结构化监测、火山观测等。进入21世纪以后，随着互联网技术越来越成熟，“物联网”的概念
12、呼之欲出，作为物联网基础的WSN获得了日本、韩国、英国、意大利、巴西等多国的青睐。而WSN作为未来IT炙手可热的研究方向，WSN得到了国家政府和研究机构的重视。在一份有关我国未来20年预见技术的调查报告中，信息领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接有关。2006年初发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与WSN的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术，可见对无线传感器网络的重视程度2。作为无线传感器网络重要的应用领域之一生态环境监测，虽然在欧美等国已开始起步，在国内也已经有中国科学院、中国科技大学、北京邮电大学等一批知名研究所或高校开始着手研究
13、。比较著名的项目有2002年美国英特尔实验室与加州大学伯利克分校共同进行的大鸭岛海燕监测项目，是将无线传感器网络运用到生态环境监测的早期项目。我国也在2008年由香港科技大学、西安交通大学、美国伊利诺斯理工大学、浙江农林大学、杭州电子科技大学、清华大学及北京邮电大学等共同启动的“绿野千传”项目，该项目通过传感器采集温度、湿度、二氧化碳浓度等多种数据，为森林监测、森林观察、火灾风险评估等多种信息提供数据支持，试验了大规模传感器采集的可行性，为无线传感器网络在生态环境监测领域作出了诸多有益性质的尝试。总而言之，无线传感器网络在生态环境监测领域仍处于探索阶段。但我国生态环境监测仍局限于人工采集或预先
14、布线，通过有线方式采集，人工采集加大了人员工作量且无法保证数据实时有效性。传统的基于计算机信息处理的现场监测系统也存在很多问题如较难进行数据采集设备的安装，无法利用现有的无线或有线网络等等，扩展性较差，布线繁琐，影响美观等问题。在这种情况下，利用无线传感器网络对生态环境进行监测的优势体现在1无线传感器网络的自组织特性使得信息获取系统的组建不需要额外的硬件支持，微型化的无线传感器网络节点更易安装，且无线传感器网络节点还具有数据采集、数据处理与数据传输的功能，实施难度较其他方法容易3；2无线通信方式减少了布线的投入，降低了维护和维修的难度，增加了通信的灵活性；3无线传感器网络节点集成多种类型的传感
15、器，使得同时采集多个事件特征数据成为可能；4无线传感器网络的自组织特性。新节点可以随时加入，而不对原有网络造成影响。因此，基于无线传感器网络的远程数据获取系统具有较好的扩展性。3随着智能化、网络化的飞速发展，嵌入式系统得到了长足的发展，已经广泛渗透到军事技术、科学研究、工程技术、文化艺术、各类产业及商业应用，影响了人们生活的方方面面。嵌入式和无线传感器网络作为21世纪计算机相关学科中最热门中的两大方向，两者相互渗透、相互结合，密切相关。以嵌入式系统作为无线传感器网络的开发平台已是时代所趋。目前拥有的嵌入式平台较为成熟的有LINUX和WINCE。而WINCE同LINUX相比有着以下优势1WINC
16、E的操作界面延续了WINDOWS系列的概念，对使用惯了WINDOWS的开发者有着容易上手的优势；2WINCE系统中，微软做了大量的工作，简单了开发的过程，很适合小型团队作为产品开发的系统。基于以上原因，是我选择使用WINCE及无线传感器网络实现对生态环境监测，也是该课题具有广阔前景的原因。13本文的主要内容及论文结构131本文的主要内容无线传感器网络是一种由布设在监测区域内的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个对所需信息进行采集、分析、并发送给观察者的多跳自组织的网络系统。无线传感器网络主要分为两个部分，传感器网络部分和汇聚节点部分。其中，汇聚节点是将传感器网络采集的数据，通过外部网
17、络传递给终端用户。本文将对无线传感器网络有一个系统的认识，对无线传感器网络的通信方式和汇聚节点的特点、作用、数据收集方式有一个较为全面的分析。本课题的主要目标为建立一套较为完整的校园生态环境监测系统，以宁波大学的白鹭林、曹光彪信息楼等场所进行温湿度的数据采集，和数据监测。其中数据采集是以无线传感器网络为平台构架，通过温湿度传感器对所测区域内温湿度数据的采集，再由无线的方式传送至基站，由基站与PC机平台和嵌入式开发平台的有线连接将所测数据传送至监测系统。生态环境的数据监测系统则由PC机平台上的ATOSENET监测平台和基于WINCE系统的XSBASE270S嵌入式开发平台上的ATOSENETCE
18、监测平台完成对所测区域内的温湿度数据监测。而在构建校园生态环境监测系统的过程中，须对无线传感器网络的技术原理、数据采集原理、嵌入式开发原理有所了解，熟悉XSBASE270S、WINCE、PLATFORMBUILDER及EVC等软硬件的使用方法。实现校园生态环境监测系统的数据监测、活动节点查看、历史数据清理和监测数据上传的功能。对所测区域环境内的数据进行即时了解，并分析该环境内的环境的状况。132论文结构本文的结构如下第一章介绍了该课题的背景及其意义，介绍了本论文的主要内容及结构。第二章无介绍线传感器网络的原理，从无线传感器网络的路由协议、MAC协议和物理层4设计三个方面介绍无线传感器网络原理和
19、设计方向。并对系统构建所需的软硬平台进行介绍。第三章介绍校园生态环境监测系统及其功能目标。第四章介绍校园生态环境监测系统中数据采集部分的实现。包括介绍无线传感器网络构成所需的节点的介绍，介绍了传感器数据采集的原理和无线传感器网络中传感器的添加。第五章介绍校园生态监测系统对温湿度监测的实现。其中数据采集系统功能包括数据监测功能、活动节点查看、数据上传功能、历史数据清理的实现，并对该系统移植到WINCE系统实现数据采集、监测功能。第六章对本课题进行总结，并对该课题进行展望。52WSN原理及系统软硬平台概述21无线传感器技术（WSN）原理无线传感器网络（WSN）是一种无基础设施的网络，其结构如下图2
20、1，其构成方式是自组织方式，其目的为采集、处理监测区域内所测目标的信息，并对采集到的数据进行处理，将分析后的数据，最终传送到需要的用户，用户通过终端的管理和分析来观测网络的运行状况，并且可以时刻对无线传感器网络中的活动节点进行观察和管理。其核心技术包括路由协议、MAC协议和物理层设计。本节主要从这三个方面对无线传感器网络技术原理进行阐释。图21无线传感器网络结构体系211路由协议路由协议是WSN的关键技术之一，它负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点，主要包括两个方面的功能1、寻找源节点和目的节点的优化路径；2、将数据分组沿着优化路径正确转发。4与有线网络和蜂窝式无线网络不同，WSN中没
21、有基础设施和全网统一的控制中心在这种无中心的环境下，路由可以看成分布式地获取网络拓扑信息，以一定准则计算路径并对路径进行维护的过程。网络特点是路由设计的主要依据，对网络特点的分析是进行协议设计的前提。无线传感网络中，网络业务的最大特点是具有明显的方向性。为了实现信息采集的目的，WSN的网络业务大都发生在数据汇聚节点（SINK）和普通的传感器节点之间，包括SINK节点到传感器节点的下行业务（如查询指令下达）和传感器节点到SINK的上行业务（如采集信息的回传）传感器节点之间的横向业务所占比例较小，主要是网络的控制信息和网内信息处理所需要的信息。6无线传感器网络的一个基本理念是以大量低成本节点组网，
22、通过节点之间的协作获得比单一的高精度、高可靠性和高成本的传感器更好的信息采集效果。单个传感器低能量和不可靠是数据采集层数据浏览层数据感应传输层数据存储层6无线传感器网络固有的，将对协议设计产生较大影响。212MAC协议无线传感器网络是一种特殊的自组织网络，可应用于布线和电源供给困难的区域，不需要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等特点。和传统的无线自组织网络一样具有无中心、临时自组织、分布式控制、多跳等特点。4但由于应用的特殊性，又导致其不同于无线自组织网络，表现在1传感器节点受环境影响，导致其电量有限且不易更换电池，因此能量效率是设计的主要考虑目标之一。2由于无线传感器网络所处的环境多较为
23、恶劣的环境，因此传感器节点失效概率较高，保证网络具有良好的扩展性以保证部分传感器节点的失效不影响全局任务的进行。3由于传感器节点的计算和处理能力有限，通信宽带有限，与感知目标紧密耦合，以数据为中心，高密度、大规模随机分布的特点要求无线传感器网络具有较高的网络效率。在无线传感器网络中，MAC协议决定无线信道的使用。通过在传感器节点分配和共享有限的无线信道资源,MAC协议构建起无线传感器网络通信系统的底层基础结构。由于多个节点共享无线信道，且无线传感器网络通常采用多跳通信方式，因此MAC协议要解决隐藏终端和暴露终端问题，使用分布式控制机制实现信道资源共享。213物理层设计概述LANFAKYILDI
24、ZD提出了WSN协议栈的五层模型，分别对应OSI参考模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。5物理层的媒体及通信媒介包括平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DCE和DTE间的互连。DCE是数据电路连接或通信设备设备，如调制解调器等。DTE叫做数据终端设备或物理设备，包括计算机、终端等。数据传输通常是经过DTEDCE，再经过DCEDTE的路径。5其中，物理层主要负责数据的调制、发送与接收，决定了WSN节点成本、能耗以及体积的关键环节，是WSN的研究重点之一。EBORAHESTRIN在MOBICOM20
25、02会议的特邀报告（WIRELESSSENSORNETWORKS，PARTIVSENSORNETWORKSPROTOCOLS）中所述传感器节点各部分能量消耗的情况，从图22可知，传感器节点的大部分能量消耗在无线通信模块1。7图22节点各单元功耗对比图物理层的设计目标是以尽可能少的能量损耗获得较大的链路容量。为保证网络的平滑性能，该层一般需与介质访问控制（MAC）子层进行交互。物理层需要考虑编码通信频段、通信速率和调制方式等问题1编码调制技术影响占用通信速率、频率宽带、功率及收发机结构等一系列技术参数。常见的编码调制技术包括相移键控（PSK）、频移键控（FSK）、幅移键控（ASK）等。2提高数据
26、传输速率可减少收发数据所需的时间，起到了节能的好处，但需要同时考虑提高网络速度对误码的影响。一般用单个比特的首发能耗来定义数据传输对能量的效率，单比特能耗越小越好。表达式为公式（1）LMEETOTALBIT（1）目前，对WSN物理层协议的研究尚未完全成熟，对软硬件方面研究都还需要进一步的加强。硬件方面目前的WSN节点在成本、功耗和体积上与其普遍适用的标准还存在一定的差距，尚未以低功耗、低成本、小型化的片上系统（SYSTEMONCHIPSOC）来实现；软件方面WSN物理层需要简单的协议、算法设计、调制机制来符合其特点和要求。22嵌入式系统软硬平台介绍嵌入式系需求的软硬件分别是XSBASE270S
27、系统开发平台、WINCE系统下的PLATFORMBUILDER及EMBEDDEDVISUALC。221XSBASE270S系统开发平台介绍XSBASE270S平台是采用INTELPXA270处理器，支持嵌入式LINUX/WINCE系统的针对教学、实验的多功能嵌入式开发平台。此平台基于INTELPXA270的提供强大功能和丰富接口，通过进一步的扩展，实现了一个完整的，适合于多种多样应用领域的嵌入式参考设计和实验系统，帮助使用者以最快的速度了解INTELPXA270的性能/功能，以及嵌入式系统的基本开发方法和技巧6。270S平台包括CPU，FLASH，SDRAM，CPLD核心系统部分和外围的接口部
28、分，其中核心芯片PXA270是INTEL开发的高度集成的片上系统微处理器，结合了INTELXSCALE技术，具05101520传感器处理器发送接收空闲睡眠功耗MW通信单元在不同工作状态下的功耗8有动态电压调整、动态频率调整以及成熟的电源管理，提供业界领先的MIPS/MW性能。具体型号采用FWNHPXA270C5C520，主频520MHZ，工作温度范围4085，完成程序运行。资源调配，内存管理，中断处理，控制着整套系统运行。接5V的外接电源即可单独上电运行工作了，还配有3500MA/H的电池，可以单独供电5个小时以上，能够支持电源充电和USB充电两种方式。因此它非常适合做移动设备。本平台使用微软
29、的WINDOWSCE50。图31亿道XBSASE270S嵌入式开发板表31270S系统配置说明6270S系统硬件参数处理器INTELXSCALEPXA270520MHZSDRAM64MBYTEFLASH32MBYTE电源管理LP3971以太网LAN91C113液晶屏SHARP35”TFT320240触摸屏35”四线式触摸屏，UCB1400BE控制JTAG接口20PIN实时时钟RTC4513CF卡座可接大容量CF卡，及80211B无线CF网卡。MMC/SD卡座1（兼容MMC卡和SD卡）9串口2个RS232接口，1个全功能串口USBHOST1个主端接口USBCLIENT1个USB从端接口LED灯8
30、路LED灯按键8个按键，使用了270的矩阵键盘喇叭1个外接喇叭麦克风1个麦克风输入接口耳机1个耳机输出接口LINEIN1个声音直入接口WIFI无线网络1（需要外接WIFI无线网络模块板以实现无线上网功能，模块板可选）GPS功能1（GPS全球卫星导航接口，外接一根GPS天线就可以实现GPS导航功能）电池可外接1个3500MA/H的锂电池，可单独供电5小时左右，支持电源和USB充电270S系统软件WINCEBOARDSUPORTPACKAGEWINCE50BSP带源代码驱动程序ETHERNET,USBHOST，USBSLAVE，SERIALPORT,LCD,TOUCHSCREEN,AUDIO，CF
31、PORT,MMC/SD，WIFI，KEYPAD,LED,222WINDOWSCE介绍及其功能特点WINDOWSCE（WINCE）作业系统是WINDOWS专门为掌上型电脑设计的操作系统。该作业系统整合了便携式技术与WINDOWS桌面技术。WINCE针对小型设备的通用操作系统，WINCE可以通过设计一层位于内核和硬件之间代码来用设定硬件平台，这即是众所周知的硬件抽象层HAL。WINCE的设计目标是实时性好、模块化及可延展性，具有强大的通信能力，对多种CPU支持。从操作系统内核的角度看，WINCE电源管理功能具有唤醒、睡眠模式。在WINCE中，还使用了包括注册表、档案系统及数据库的对象储存OBJEC
32、TSTORE技术。它还具有很多高性能、高效率的操作系统特性，对共享储存、交叉处理同步、大容量HEAP功能支持等。WINCE通信能力很好。它支持多种通信硬件，也支持拨号连接及区域网直接连接，可连接至PC、INTERNET及内部网，同时也使应用级数据传输的设备相互连接。WINCE拥有相当出色的图形界面。它拥有微软的IE（INTERNETEXPLORER）浏览器，兼容TRUETYPE字体。WINCE还支持诸如声音识别、手写体、3D图形、动态影像等多种软件的应10用。WINCE进行多个任务的操作，并实现任务间的来回切换，操作方式也与我们常用的WINDOWS系统十分接近，它带有“我的文件”，也有很多接近
33、与WORD、EXCEL的POCKETWORD、POCKETEXCEL的软件。使得WINCE系统易于操作，适合入门者上手。223PLANTFORMBUILDER50介绍PLATFORMBUILDER是由微软公司为WINCE开发人员开发的WINCE系统定制的集成开发环境。WINCE开发人员通过PLATFORMBUILDER自行设计、创建、编译、测试和调试WINCE操作系统。WINCE开发人员可以在嵌入式开发的环境下设计和定制WINCE的内核、设定WINCE系统特性、对WINCE系统进行编译和调试。同时，开发人员可在PLATFORMBUILDER提供的驱动程序和应用程序项目开发的环境下进行开发。介于
34、PLATFORMBUILDER强大的功能，PLATFORMBUILDER已成为WINCE平台下嵌入式操作系统开发和定制不可或缺的工具。其SDK输出模板可以将特定系统的SDK导出，这可以是应用程序开发人员使用EVC就可以为特定的系统开发软件。总而言之，PLATFORMBUILDER主要开发特性如下71平台开发向导（PLATFORMWIZARD）、BSP（主板支持软件包）和开发向导（BSPWIZARD）。开发向导用来引导开发人员去创建一个简单的系统平台或BSP，然后再根据要求作进一步的修改。提高了平台和BSP创建的效率7。2基础配置。为各种流行的设备类别预置的可操作系统基础平台，为自定义操作系统的
35、创建提供了一个起点。开发人员可以很容易地定制并编译出一个具备最基本功能的操作系统。然后再在其上做后续的修改7。3特性目录（CATALOG）。操作系统可选特性均在特性目录（CATALOG）中列出，开发人员可以选择相应的特性来定制操作系统7。4自动化的依靠性检查。特性（FEATURE）之间的依赖关系是系统自动维护的。开发人员在选择一个特性时，系统会自动将这一特性所依赖的特性加上；反之，当删除一个特性时，系统会自动检测是否已经选择了依赖于它之上的其他特性，如果有，系统会给出提示，通知开发人员这一特性现在不能删除7。5系统为驱动程序开发提供了基本的测试工具集。WINDOWSCETESTKIT（测试工具
36、包）7。6内核调试器。可以对自定义的操作系统映像进行调试，并且向用户提供有关映像性能的信息7。7导出向导（EXPORTWIZARD）。可以向其他PLATFORMBUILDER用户导出自定义的目录（CATALOG）特性7。8导出SDK向导（EXPORTSDKWIZARD）。使用户可以导出一个自定义的软件开发工具包（SDK）。即可以将客户定制的SDK导出到特定的开发环境中（如EVC）去。这样开发人员就可以使用特定的SDK写出符合特定的操作系统平台要求的应用程序7。9远程工具。可以执行同基于WINDOWSCE的目标设备有关的各种调试任务和信息收集任11务7。10仿真器（EMULATOR）。通过硬件仿
37、真加速和简化了系统的开发，使用户可以在开发工作站上对平台和应用程序进行测试，大大简化了系统开发流程，缩短开发时间7。11应用程序调试器。可以在自定义的操作系统映像上对应用程序进行调试。提供了对NETFRAMEWORKCOMPACTEDITION（即NET平台精简框架）的支持7。224EMBEDDEDVISUALC介绍EMBEDDEDVISUALC（EVC）是微软公司为开发嵌入式软件提供的开发语言平台，它是VISUALC的子集，它拥有标准的WINCE的SDK。EVC和PLATFORMBUILDER的不同之处在于PLATFORMBUILDER是定制操作系统，编译的目标为整个操作系统的内核，虽然PL
38、ATFORMBUILDER也可以进行应用程序的开发，但这些应用程序不是作为整个系统而是作为系统的一部分，编译时仍以操作系统为单位；EVC是以应用软件开发为目标，EVC的系统的运行环境由特定操作系统的SDK为它提供，因而它的编译以应用程序为单位，EVC会提供虚拟器加载SDK来运行应用程序8。123校园生态环境监测系统设计31区域环境介绍宁波大学宁波大学坐落于东海之滨的宁波市，在气候上属于亚热带季风气候，宁波地处宁绍平原，纬度适中，温和湿润，冬夏季风交替明显，但由于所处纬度常受冷暖气团交汇影响，加之倚山靠海，特定的地理位置和自然环境使各地天气多变，差异明显，灾害性天气相对频繁，但同时也形成了多样的
39、气候类型。鉴于宁波气候多变，进行区域环境监测的必要性就凸显出来。而宁波大学位于宁波高教园区北区，占地2700余亩，校舍总建筑面积近72万平方米。学校地势开阔，甬江蜿蜒，树木葱茏，楼宇隽永。校内有林木面积较为广袤，动植物种类较多，有白鹭、白桦林、水杉等多种生物，其中白鹭和水杉为国家二级保护动/植物。因此对宁波大学进行校园生态监测具有必要性。而宁波大学众多学院内拥有大量贵重实验设备、器材，所以对设备所处的环境进行监测用以减少设备、器材因环境因素带来的折损。因此，对楼宇内的环境进行监测是必要的。宁波大学由于其规划错落有致，大致分为学院区、教学区、生活区和园林地带，如下图31图31宁波大学本部校区地图
40、先假定将宁波大学白鹭林作为测试区域进行布设，先对白鹭林进行实地观测，可知白鹭13林内的环境包括池沼、泥土、林木、石道等，因此分布环境尽可能的覆盖这些区域，又因白鹭林以林木为主，所以传感器节点多分布在林木周围。由此可做到数据采集系统的准确性。而对于白鹭林内生态数据的监测，也应当体现出多样性，比如温湿度的监测可以对白鹭林24小时气温情况有一个基本的观察，再比如将火焰传感器与温度传感器两个监测数据进行结合分析可对白鹭林区域内进行火灾监测，减少火灾损失。该系统将校园这个区域环境内的温湿度等生态数据进行即时监测，并把监测数据实时向监测平台发送，使校内人员对校园环境可实时掌握情况。此外，通过监测平台可直接
41、观察传感节点活动情况，使监测人员对不在工作状态的节点进行及时检查维修。32校园生态环境监测系统设计结构本课题的核心内容即为构建以无线传感器网络、基于WINCE嵌入式开发为主要平台的校园生态环境监测系统。由于设备和条件的限制，本课题将环境监测范围锁定在温湿度数据。该生态环境监测系统分为两大部分数据采集系统和数据监测系统。其设计图如下图32校园生态环境监测系统示意图数据采集系统的核心即为无线传感器网络。通过传感器对温湿度数据的采集，将采集数据以无线方式传送至基站，再由基站与嵌入式开发平台和PC端口连接，将数据传送至数据监测系统。数据采集系统的设计在于无线传感器网络的布设和构建，说具体点就是传感器节
42、点的布设和添加。传感器节点的布设应遵从分布区域较广，能够覆盖所测区域的范围；分布密度较为均衡；分布环境尽可能的不同这几个原则进行布设。而对传感器的添加，主要是通过传感器节点硬件进行EVC语言编写，使其支持对应传感器的TINYOS程序，从而使传感器与基站完成无线通信，构成无线传感器网络，实现数据采集功能。数据监测系统由PC机平台下ATOSENET监测平台和嵌入式开发平台下ATOSENETCE监测平台这两部分构成，分别完成对温湿度数据的定点监测和移动监测功能。其中两者都具有对活动14节点查看功能。而PC机平台的ATOSENET监测平台还可以进行数据上传、历史数据清理等功能。该两部分的有机结合构成校
43、园生态环境监控系统。其中基于WINCE系统的XSBASE270S嵌入式开发平台开发ATOSENETCE软件来进行嵌入式平台下的数据监测功能将是整个数据监测系统的核心。ATOSENETCE软件需要完成WINCE系统在开发平台上的移植，ATOSENETCE软件的设计和ATOSENETCE软件运行三部分完成。其中ATOSENETCE软件的设计为嵌入式开发平台下数据监测系统的核心。而ATOSENETCE软件的核心在于完成对ASNSTUDIOSLN程序的编写，其内容在本章节有所介绍，而ATOSENETCE需要ASNSTUDIOSLN对ASNCOMMDLL、ASNDATADLL、ASNUTILSDL三个类
44、库进行调用，三个类库分别提供了底层通信功能、数据解析与操作功能和实现基础数据结构类集合这三个功能。从而共同完成ATOSENETCE对数据采集系统发送的传感数据进行分析、显示。其示意图如下33图33ATOSENETCE软件构成示意图ASNSTUDIOSLNASNCOMMDLLASNDATADLLASNUTILSDLL提供底层通信功能提供了数据解析与操作功能基础数据结构类集合154数据采集系统构成与开发41无线传感器网络硬件介绍无线传感器网络由ANTC3节点板、ACT网关板、SINK节点和传感器组成。411ANTC3节点板ANTC3节点板即连接着无线传感器网络的基站，负责对传感器节点发送来数据进行
45、接收，并传递给终端平台的中转平台。该节点板采用CC2430128SOC射频芯片，内置8位单片机。具有丰富的扩展口，支持模拟信号、数据信号的采集，同时可兼容I2C、SPI、UART等接口。采用ZIGBEE协议的通信标准，其传输速率250KBPS，传输频段24G。它的RF传输模块兼容ZIGBEE协议，可在全球免费频段24至24835GHZ间传输数据，可自由在16个频段间切换。运行无线传感器网络业界公认标准操作系统TINYOS2系统，硬件抽象，组件编程，可构建实时传感器网络。具有完整的TINYOS组件库，将相应的硬件抽象成易于使用的组件，在进行应用编程时只需调用相应的组件进行逻辑编程即可，无需处理复
46、杂的硬件操作，大大提高效率。具有新增节点或缺失节点时，自动修复，完善路由功能。具有ATOSENET（ZEGBEE/XMESH）协议栈，集成TDMA、CSMA的ZMAC协议和网状路由，可使大量节点1000自动组成网络，可靠，高效。提供的路由协议为完善的、开放的、可靠的协议，您只需定义欲传输的应用数据，就可实现数据的可靠无线传输，无需去处理底层传输协议。可接各类传感器模块板，以采集温、湿、压、光、加速度等各类信息。支持所有ATOSENET的传感器模块板，自动识别，即插即用。超低功耗，可大量数据的高速无线传输，又可以极低功耗运行，空闲时节点处于睡眠状态，仅在需要时唤醒进行数据传输。采用NECC编程语
47、言。使用电源为15VAA2EA。412AGT网关板AGT网关板负责无线传感器网络与PC或嵌入式开发平台的连接。它采用C8051F320处理器，集成USB20接口，可通过USB供电。采用模块化设计，底版和射频板分离，灵活方便。支持节点模块热插拔，通过标准接口与节点连接，ANTC3节点可以在网关板上热拔插。网关板可以功过USB链接PC，并可以下载程序至节点。网关板具有RS232接口，可用作调试接口，可以用于调试节点程序。AGT网关板可以接所有的ANTC系列节点信号，网关板自带节点可以充当基站节点，也可充当SNIFFER节点，捕获网络中的数据包，并且通过RS232接口发送到PC上，作数据分析用。AG
48、T网关板提供调试口，可以通过PC上相应软件调试节点上程序。AGT网关板提供多种供电方案，支持USB接口直接供电，外接5V电源，支持3327V电池供电。16413SINK节点SINK节点采用的是ASK270，它的任务是将传感器采集到的数据发送出去。其特性如下手持设备，易于携带，带RF射频模块，可以融入WSN网络中，收集网络数据。可将数据存于FLASH设备中，可随时查询、显示。存储的数据可以通过GSM、GPRS将数据远程上传到数据服务器上。可通过USB接口和RS232接口将数据传至PC。基于高性能ARM芯片，带有丰富外设，易于扩展。同时带有完整的开发套件，和调试接口，可以方便地进行二次开发。方便携
49、带，通过RF射频模块，可以搜索附近的WSN网络，连接相应节点，然后放送指定命令或读取指定数据，可以随时随地采集网络信息。内置的FLASH存储设备可以长久的保存大量数据，并且通过触摸屏操作即可查询出所要的数据，在图形界面上直接展现。可以通过USB与PC相连，将数据高速的传输至PC中，也可以通过无线网络将数据远程的传送到指定的服务器上。温湿度传感器模块采用SHT11芯片；具有数字式输出、免调试、免外围电路、功耗低、高可靠性等优点。拥有14位精度；I2C接口。所测温度范围是40C1238C；05C。所测湿度范围0TO100RH；35RH。图41温湿度传感器模块42ZIGBEE协议分析ZIGBEE是IEEE802154协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种低功耗、短距离的无线通信技术。其特点是自组织、低功耗、近距离、简单性、低成本、低数据速率。主要适合用于远程控制和自动控制领域。简而言之，ZIGBEE就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。因此，该数据采集系统使用ZIGBEE协议。ZIGBEE协议的体系主要结构由物理层、MAC层、网络层和应用组成其各层分布如下图42。由图可知，ZIGBEE协议结构简单。17图42ZIGBEE协议的组成421物理层物理层定义了MAC子层和物理无线信道间的接口，为物理层的管理和数据提供服务。物理层管理服务维护的数据库由物理层的
