基于6LoWPAN和CoAP的农业环境信息传感系统的设计与实现
发布时间：2020-07-22 06:58
【摘要】：针对农业生产环境中信息监测点分散和学校现有无线传感网络(WSN)的不足,采用移植性强支持6LoWPAN协议栈的Contiki嵌入式操作系统在STM32平台上进行农业环境信息监测传感器节点设计;在DDWrt上实现了支持6LoWPAN协议栈的IPv4/IPv6双栈边缘路由器,将监测到的农业环境信息转发到IPv4/IPv6网络,最终实现了基于6LoWPAN的农业信息传感系统。在校园网环境下测试了农业环境信息传感节点与测试机网络的连通性,测试结果表明,基于6LoWPAN协议的无线网关与农业环境信息监测传感节点通过6LoWPAN协议可以正常通信,用户可通过CoAP协议访问6LoWPAN无线传感器网络。
【图文】：
延，使得主机能直接通过网页访问传感器资源。1.2系统体系结构设计系统主要包括以下两部分：（1）6LoWPAN网络：用于采集环境数据或者根据后台指令执行具体的操作；（2）后台系统：用于存储数据和发出指令。其中6LoWPAN网络又包含两种不同的节点：一个是普通的6LoWPAN节点，用于数据的采集与指令执行；另一个是6LoWPAN路由器，用于连接6LoWPAN网络与IPv4/IPv6网络。具体细划为支持6LoWPAN协议栈的WSN，6LoWPAN边界路由器，IPv6网络，Web服务器，终端用户五部分，如图1所示。图1系统体系结构图基于6LoWPAN的传感器节点采集农业生产环境的信息后传给节点的MCU[19]（微处理器），MCU对数据包处理后经过6LoWPAN适配层的分片和重组，封装成802.15.4数据格式发送给边缘路由器的无线网卡模块；无线网卡上射频芯片接收数据包在6LoWPAN适配层分片和重组后经过串口发送给边界路由器，边界路由器把数据包转发到IPv4/IPv6网络，整个过程如图2所示。实现了基于6LoWPAN协议栈的WSN与IPv4/IPv6网络的互通和融合，用户可以通过IPv4/IPv6网络实时访问6LoWPAN网络。2系统硬件设计2.1传感器节点硬件设计传感器节点由RF收发器、MCU及传感单元三部分153
现代电子技术2016年第39卷组成，具体设计如图3所示。图26LoWPANIPv6协议栈图3传感器节点硬件结构图本课题选用的MCU是意法半导体（STMicroelectronics）公司系统级芯片STM32F103RCT6，该芯片集成低功耗32位ARMCortexM3微处理器，256KBFLASH闪存，48KBRAM储存器和其他通用外设。RF收发器采用AT86RF231芯片，AT86RF231是一款工业级、低电压供电、超低功耗、方便操作的收发器。传感单元采用可以检测周围环境的湿度和温度的传感器DHT11。传感器节点主要有两个功能：（1）传感单元采集农业环境信息后发送到MCU处理，处理后经过RF收发器发给边缘路由器；（2）传感器节点通过RF收发器接收边缘路由器的数据包，微处理器对数据包进行处理后发送命令给传感单元。2.2边缘路由器硬件设计边缘路由器由两大模块组成：与传感器节点通信的传感网络模块和与IPV4/IPv6网络通信的IPV4/IPv6网络模块。两个模块通过串口或USB口相连，具体结构图如图4所示。2.2.1WSN模块硬件设计基于两大模块的功能需求，采用双MCU架构。WSN网络通信模块仍采用AT86RF231和STM32F103RCT6，天线采用Antenova公司支持2.4GHz的微型天线A5839。2.2.2IPv6模块硬件设计IPv4/IPv6模块利用支持DDWRT的BUFFALOWXR1900DHP千兆路由器进行开发，其使用双核BroadcomBCM4709A处理器，BroadcomBCM4360双频无线网络芯片，内存512MB，FLASH128MB，刷机系统可扩展能力强。首先，升级DDWRT固件，使其支持IPv4/IPv6双栈，实现6LoWPAN传感网络向IPv4/IPv6网络的数据转发；其次开发能识别通过USB接口相?
现代电子技术2016年第39卷组成，具体设计如图3所示。图26LoWPANIPv6协议栈图3传感器节点硬件结构图本课题选用的MCU是意法半导体（STMicroelectronics）公司系统级芯片STM32F103RCT6，该芯片集成低功耗32位ARMCortexM3微处理器，256KBFLASH闪存，48KBRAM储存器和其他通用外设。RF收发器采用AT86RF231芯片，AT86RF231是一款工业级、低电压供电、超低功耗、方便操作的收发器。传感单元采用可以检测周围环境的湿度和温度的传感器DHT11。传感器节点主要有两个功能：（1）传感单元采集农业环境信息后发送到MCU处理，处理后经过RF收发器发给边缘路由器；（2）传感器节点通过RF收发器接收边缘路由器的数据包，微处理器对数据包进行处理后发送命令给传感单元。2.2边缘路由器硬件设计边缘路由器由两大模块组成：与传感器节点通信的传感网络模块和与IPV4/IPv6网络通信的IPV4/IPv6网络模块。两个模块通过串口或USB口相连，具体结构图如图4所示。2.2.1WSN模块硬件设计基于两大模块的功能需求，采用双MCU架构。WSN网络通信模块仍采用AT86RF231和STM32F103RCT6，天线采用Antenova公司支持2.4GHz的微型天线A5839。2.2.2IPv6模块硬件设计IPv4/IPv6模块利用支持DDWRT的BUFFALOWXR1900DHP千兆路由器进行开发，其使用双核BroadcomBCM4709A处理器，BroadcomBCM4360双频无线网络芯片，内存512MB，FLASH128MB，刷机系统可扩展能力强。首先，升级DDWRT固件，使其支持IPv4/IPv6双栈，实现6LoWPAN传感网络向IPv4/IPv6网络的数据转发；其次开发能识别通过USB接口相?
本文编号：2765476
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延，使得主机能直接通过网页访问传感器资源。1.2系统体系结构设计系统主要包括以下两部分：（1）6LoWPAN网络：用于采集环境数据或者根据后台指令执行具体的操作；（2）后台系统：用于存储数据和发出指令。其中6LoWPAN网络又包含两种不同的节点：一个是普通的6LoWPAN节点，用于数据的采集与指令执行；另一个是6LoWPAN路由器，用于连接6LoWPAN网络与IPv4/IPv6网络。具体细划为支持6LoWPAN协议栈的WSN，6LoWPAN边界路由器，IPv6网络，Web服务器，终端用户五部分，如图1所示。图1系统体系结构图基于6LoWPAN的传感器节点采集农业生产环境的信息后传给节点的MCU[19]（微处理器），MCU对数据包处理后经过6LoWPAN适配层的分片和重组，封装成802.15.4数据格式发送给边缘路由器的无线网卡模块；无线网卡上射频芯片接收数据包在6LoWPAN适配层分片和重组后经过串口发送给边界路由器，边界路由器把数据包转发到IPv4/IPv6网络，整个过程如图2所示。实现了基于6LoWPAN协议栈的WSN与IPv4/IPv6网络的互通和融合，用户可以通过IPv4/IPv6网络实时访问6LoWPAN网络。2系统硬件设计2.1传感器节点硬件设计传感器节点由RF收发器、MCU及传感单元三部分153
现代电子技术2016年第39卷组成，具体设计如图3所示。图26LoWPANIPv6协议栈图3传感器节点硬件结构图本课题选用的MCU是意法半导体（STMicroelectronics）公司系统级芯片STM32F103RCT6，该芯片集成低功耗32位ARMCortexM3微处理器，256KBFLASH闪存，48KBRAM储存器和其他通用外设。RF收发器采用AT86RF231芯片，AT86RF231是一款工业级、低电压供电、超低功耗、方便操作的收发器。传感单元采用可以检测周围环境的湿度和温度的传感器DHT11。传感器节点主要有两个功能：（1）传感单元采集农业环境信息后发送到MCU处理，处理后经过RF收发器发给边缘路由器；（2）传感器节点通过RF收发器接收边缘路由器的数据包，微处理器对数据包进行处理后发送命令给传感单元。2.2边缘路由器硬件设计边缘路由器由两大模块组成：与传感器节点通信的传感网络模块和与IPV4/IPv6网络通信的IPV4/IPv6网络模块。两个模块通过串口或USB口相连，具体结构图如图4所示。2.2.1WSN模块硬件设计基于两大模块的功能需求，采用双MCU架构。WSN网络通信模块仍采用AT86RF231和STM32F103RCT6，天线采用Antenova公司支持2.4GHz的微型天线A5839。2.2.2IPv6模块硬件设计IPv4/IPv6模块利用支持DDWRT的BUFFALOWXR1900DHP千兆路由器进行开发，其使用双核BroadcomBCM4709A处理器，BroadcomBCM4360双频无线网络芯片，内存512MB，FLASH128MB，刷机系统可扩展能力强。首先，升级DDWRT固件，使其支持IPv4/IPv6双栈，实现6LoWPAN传感网络向IPv4/IPv6网络的数据转发；其次开发能识别通过USB接口相?
现代电子技术2016年第39卷组成，具体设计如图3所示。图26LoWPANIPv6协议栈图3传感器节点硬件结构图本课题选用的MCU是意法半导体（STMicroelectronics）公司系统级芯片STM32F103RCT6，该芯片集成低功耗32位ARMCortexM3微处理器，256KBFLASH闪存，48KBRAM储存器和其他通用外设。RF收发器采用AT86RF231芯片，AT86RF231是一款工业级、低电压供电、超低功耗、方便操作的收发器。传感单元采用可以检测周围环境的湿度和温度的传感器DHT11。传感器节点主要有两个功能：（1）传感单元采集农业环境信息后发送到MCU处理，处理后经过RF收发器发给边缘路由器；（2）传感器节点通过RF收发器接收边缘路由器的数据包，微处理器对数据包进行处理后发送命令给传感单元。2.2边缘路由器硬件设计边缘路由器由两大模块组成：与传感器节点通信的传感网络模块和与IPV4/IPv6网络通信的IPV4/IPv6网络模块。两个模块通过串口或USB口相连，具体结构图如图4所示。2.2.1WSN模块硬件设计基于两大模块的功能需求，采用双MCU架构。WSN网络通信模块仍采用AT86RF231和STM32F103RCT6，天线采用Antenova公司支持2.4GHz的微型天线A5839。2.2.2IPv6模块硬件设计IPv4/IPv6模块利用支持DDWRT的BUFFALOWXR1900DHP千兆路由器进行开发，其使用双核BroadcomBCM4709A处理器，BroadcomBCM4360双频无线网络芯片，内存512MB，FLASH128MB，刷机系统可扩展能力强。首先，升级DDWRT固件，使其支持IPv4/IPv6双栈，实现6LoWPAN传感网络向IPv4/IPv6网络的数据转发；其次开发能识别通过USB接口相?
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