基于MC12311微控制器WSN中间件的设计研究及应用

无线传感器网络（WSN）综合了计算机技术、通信技术以及传感器技术，被广泛用于环境监测、军事防御等领域，是当今嵌入式领域的研究热点。WSN应用开发设计涉及的相关领域较多，包括射频电路设计、底层驱动封装、应用编程框架等理论体系，有一定的技术门槛，很大程度上限制了WSN的应用推广。加之WSN存在大量的异构硬件平台，如果能够对异构的软件系统做一些中间件的封装，屏蔽掉底层硬件平台的差异，方便开发人员使用，将大大降低WSN应用设计的技术门槛。 受飞思卡尔公司委托，凭借实验室在WSN研究领域多年的经验与实践，以飞思卡尔2012年最新上市推出的一款应用于WSN领域的微控制器芯片MC12311为硬件蓝本，基于此芯片针对WSN应用进行了一定的基础性研究。利用MC12311微控制器设计了一款命名为SD-WSNZN的无线硬件节点，按照嵌入式硬件构件思想对该新芯片进行了最小系统电路、射频电路、电源电路及接口电路等模块的硬件设计。同时遵循软件构件思想，对底层模块驱动进行了封装；通过对WSN中间件体系的学习与借鉴，尝试提出了WSN中间件SDWML的软件体系，提取并抽象WSN各层功能逻辑，将软件中间件划分为物理层、MAC层、网络层的三层架构，并逐层实现了功能，同时给出了功能结构清晰的对外应用接口；明确分割了应用层和中间层，创新性地引入了图形化应用层，统一了应用编程框架，使得一般的应用人员通过配置图形参数、操作图形元素编程的方式实现了WSN应用的基本编程，降低了WSN应用开发的难度。本文对微控制器芯片MC12311在WSN方面的基础性研究，为其市场的应用和推广提供了实质的参考价值。 出于验证以上相关设计研究工作的正确性和合理性的目的，本文最后以基于SD-WSNZN无线节点开发的企业车间无线数据采集系统为应用对象，组织了一个较为简单的应用实例。经测试的WSN中间件SDWML体系受到了飞思卡尔的认可，同时设计的SD-WSNZN无线节点和WSN中间件SDWML软件在此实际应用中得到了验证，运行稳定。