文献综述
摘要: 随着科技的创新与进步，计算机的发展已经进入到了第三个阶段——物联网时代。物联网时代意为产科结合，通信技术，硬件技术，软件技术以及各种优化算法的结合，智能已经成了人们日常生活的代名词之一，人工智能，自然语言处理以及VR（虚拟现实），增强现实（AR）成为了如今科技界的大热话题。各种科技产品的实现与无线传感器网络技术不可分割。本次系统应用嵌入式技术搭配无线传感器技术，设计了一款基于无线传感器的网络智能系统。
下位机以Cortex-M3为核心构建了STM32F103终端采集模块，该模块为整个硬件的核心，所有数据的采集、处理封装以及初始传输都是交由STM32F103实现的。STM32收到数据包后对帧进行解析，数据采集后，Cortex-M3内核处理器进行数据有效分析后，然后推送到Zigbee自组网中，网关通过网络服务中转云，在PC端进行数据帧从云端读取，然后向APP上位机发送，同时与后台坐标数据进行匹配，通过获取列表信息以及坐标信息。下层结构应用信息强度RSSI以及接入点AP的列表构建了数据坐标系，上位机实现了数据可视化。
关键词：无线传感网；STM32F103；Zigbee自组网；RSSI
无线远程监测是国内外研究的前沿课题, 国内外都展开了积极的研究。1997 年1月 , 首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办, 有来自30个公司和研究机构的50 多位代表到会。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于 Internet 的下一代远程监测诊断示范系统。在电子、计算机等高新技术快速发展，电力系统、工业生产、交通管理及通信系统等领域的自动化程度越来越高的带动下，国内对于远程监测的研究也得到了飞快的发展。田圣彬等以 DSP-LF2407 为核心构成了一个感应加热电源的控制系统，引入 GSM 网络的 SMS 短消息功能实现远程控制。以 TC351 无线终端模块作为收发器与远程用户进行通信，DSP 控制器和 TC351 以串口作为信息通道。控制器一方面对收到的指令信息进行分析处理，负责回送信息的编码和发送，同时还要控制加热系统的正常运行。系统结构简单，控制方便，易于大范围推广。
无线 Zigbee 技术在工业控制、医疗、环境监测等领域的应用，已受到极大的关注，为了实现无线传输的小型化、传输功耗低的目标，IEEE 成立了 IEEE 802 15.4 工作研究小组，努力研究无线传输的新型技术--Zigbee 技术。Zigbee 无线传输技术比传统的有线传输技术更具低成本、低投入、便于安装的的优势，其传输速率可能还无法与有线技术相抗衡，但是较于传统的无线传输技术其传输稳定性、效率等方面更具优势。Zigbee 无线技术的飞速发展，工业自动化和家庭智能化对无线数据的传输要求与需求越来越高，而传统的蓝牙等无线技术，无论是在成本控制还是功耗要求，都无法跟 Zigbee 技术相比。现在，Zigbee 技术已经在众多行业得到推广与使用，比如工业控制、环境监测、交通、医疗护理等行业。
本次设计选用了Zigbee无线通信技术来构建传感网络。下位机系统集合了采集、处理和传输，所以整个系统的硬件搭建显得尤为重要。下位机系统可以分为三个部分：传感模块、终端处理模块以及数据传输单元，包括传感器、STM32F103终端处理模块，下层数据流通的Zigbee终端，以及联通上位机与下位机的协调器网关。传感器直接搭载在Zigbee终端节点外围电路上，在数据采集后Zigbee终端节点通过自组网，进行数据向协调器的发送。Zigbee协调器接收到节点推送数据后，直接将数据包通过串口发送给终端处理模块STM32F103，该模块以Cortex-M3处理器内核为中心，把传感器采集的数据帧进行分析，通过模块的数模转换单元将模拟电路转换成有效数据帧，并把有效数据封装成帧，推送到网关节点，然后通过网关进行下一步向上位机的回传。下位机的供电通过串口的方式实现，但是为了节省线路的开支，我们希望应用CH340模块，实现USB-串口的转换，硬件模块可通过USB线直接与PC相连，同时也可以直接使用充电宝进行供电。各个硬件模块独立工作，同时又以内嵌或者外搭的方式集成在STM32F103模块上，实现了整个下层传感器数据的采集处理与流通，通过各硬件工作方式、整体电路的设计与数据的通信传输，同时因为高度集成化，大大减小了硬件设计的开支，精简了尺寸。
软件框架主要包括三个功能模块：数据的监测，数据的流通，以及信号强度反馈。软件的设计实现了各个模块的不同功能触发，由于系统的硬件高度集成化，传感器的数据通过单总线进行按位读取，并通过Zigbee内部串口推送到射频模块利用Zigbee自组网进行无线发送，因此，需要设计内部的数据帧协议，接受端数据接收后，可以直接按照编写好的数据格式进行解析，从而高效的进行下一步处理。而Zigbee节点到终端的通信，数据汇总是通过Zigbee自组网完成的。这里ZigBee网络通信采用网状拓扑结构，在网状结构中，协调器存在于整个网络的中心，节点的加入网络请求，以及数据通信都是向唯一协调器进行交互，协调器节点是整个网络的枢纽中心，是整个Zigbee自组网的中央指挥官，负责所有数据的流入以及与其他外部通信进行API交互。同时硬件中Zigbee协调器的数据口直接连接在终端微处理器的串口端，把所有Zigbee节点数据进行汇总后，统一打包推送给PC端进行分析处理。上层数据流方面，系统分为两个部分：Zigbee的AP接入点的列表流及RSSI强度数据流。通过STM32对数据进行分类打包后，需要向上位机进行发送，也可以称之为上位机与下位机的关联部分。这里我们应用接入到单一协调器的硬件设备进行无线发送，在连接后，获取当前连接的Zigbee的RSSI信号并显示。同时在系统进行数据同步，把当前下层网络的所有数据进行刷新，通过大量的接入点AP的列表信息，可以视为构建了一个二维度的坐标系，同时RSSI强度是不同AP接入点与终端设备一种连接相位的体现，通过不同的RSSI针对不同的接入点可以构建出一个数据坐标信息，回传给上位机进行分析。
如今我们所处的社会可以缩略为一个智能环境，在线性代数的概念中，我们整个世界可以联系起来拼接为一个最小世界图，意为所有的一切都是可以联系起来。而随着物联网这个概念的出现，计算机科学无形中成为了一种连接物物、物与人的媒介，同时硬件成本降低和小型化的趋势允许将计算设备包含在多个对象和环境（嵌入式系统）中。 无线传感通信是一种新的科技发展趋势，处理一个新的世界，在这个世界里，计算设备遍布各处无处不在，允许人类以智能和不显眼的方式在物理世界环境中进行交互。未来国内外科学会更加致力于无线传感网络的发展。
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