基于無(wú)線通信的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要:通過(guò)對(duì)單片機(jī)技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，介紹了一種具有分層結(jié)構(gòu)的無(wú)線通信的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 并設(shè)計(jì)了基于這種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議，給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用在需要溫度監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域。

　　1　引言

　　溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合非常多。傳統(tǒng)的有線測(cè)溫方式存在著布線復(fù)雜，線路容易老化等問(wèn)題。無(wú)線測(cè)溫技術(shù)與有線測(cè)溫技術(shù)相比，有成本低、攜帶方便、搭建網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單快捷等特點(diǎn)，特別是在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的限制不便架設(shè)線路的情況下，使用無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)顯得更加實(shí)用、快捷。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在21世紀(jì)有了很大的發(fā)展，典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由大量同構(gòu)的、微小的、資源受限的、基本不動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在被測(cè)量區(qū)域形成的大規(guī)模的、自組織的、多跳的、未分割的網(wǎng)絡(luò)。

　　而在一些場(chǎng)合我們并不需要構(gòu)建大規(guī)模的、自組織的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，本文提出了一種具有分層結(jié)構(gòu)的無(wú)線通信的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并給出了這種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議，該系統(tǒng)吸取了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)同時(shí)又不需要考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織建網(wǎng)，降低了功耗。

　　2　系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

　　參照無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分簇結(jié)構(gòu)，以降低功耗為目的，本文提出了具有兩層結(jié)構(gòu)的基于無(wú)線通信的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)主節(jié)點(diǎn)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主節(jié)點(diǎn)M相當(dāng)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一級(jí)簇首，同時(shí)又是主控節(jié)點(diǎn)。1、2、……、N相當(dāng)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的二級(jí)簇首，文中稱為二級(jí)節(jié)點(diǎn)，A1、A2、……、Am為二級(jí)節(jié)點(diǎn)1的子節(jié)點(diǎn)， B1、B2、……、Bm為二級(jí)節(jié)點(diǎn)2的子節(jié)點(diǎn)， N1、N2等為二級(jí)節(jié)點(diǎn)N的子節(jié)點(diǎn)等等。分布在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的簇首節(jié)點(diǎn)主要用于接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上報(bào)，并將其進(jìn)行融合處理。本系統(tǒng)的主控節(jié)點(diǎn)M沒(méi)有能量限制，主要負(fù)責(zé)收集和協(xié)調(diào)各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將其處理后上傳給監(jiān)控主機(jī)。二級(jí)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)收集各個(gè)傳感器子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且負(fù)責(zé)接收和下發(fā)主控節(jié)點(diǎn)的命令，在整個(gè)結(jié)構(gòu)起中轉(zhuǎn)的作用。傳感器子節(jié)點(diǎn)帶有射頻收發(fā)器主要用于溫度的采集和傳輸。為了節(jié)約能耗，底層傳感器節(jié)點(diǎn)工作在睡眠- 偵聽(tīng)模式，只有收到二級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令才傳送數(shù)據(jù)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　主控節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，各二級(jí)節(jié)點(diǎn)要放到與主控節(jié)點(diǎn)距離較近的位置，傳感器子節(jié)點(diǎn)隨機(jī)放置。本系統(tǒng)射頻傳輸成本低，功耗小，采用兩層結(jié)構(gòu)的通信方案，能夠滿足較遠(yuǎn)距離的溫度監(jiān)測(cè)。