基于MSP430F149與Si4432的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計注重低功耗、數(shù)據(jù)采集實時性、系統(tǒng)穩(wěn)健性及可靠性， 在低功耗設(shè)計中采用智能控制策略， 讓系統(tǒng)需要工作時處于全速工作模式， 其他時刻處于低功耗模式。數(shù)據(jù)采集實時性設(shè)計中關(guān)鍵是路由選擇， 主要依據(jù)是跳數(shù)最少路徑最短原則( 兼顧能量優(yōu)先原則)。系統(tǒng)穩(wěn)健性設(shè)計部分， 當傳感器節(jié)點因能量耗盡或其他原因不能工作或者有新的傳感器節(jié)點請求加入網(wǎng)絡(luò)時， 整個網(wǎng)絡(luò)會馬上重新組網(wǎng)， 形成新的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)可靠性設(shè)計中采用看門狗等技術(shù)增強系統(tǒng)抗干擾能力。系統(tǒng)軟件框圖如圖4 所示。

　　
圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　4.1 基站軟件

　　基站節(jié)點通過上位機USB 供電所以一直工作在全速狀態(tài)， 加快了對外部的響應(yīng)速度。上電初始化后， 根據(jù)中斷程序中的標志位值對獲得的信息進行相應(yīng)處理， 處理完后把標志位置零， 循環(huán)執(zhí)行此操作。基站節(jié)點通過串口與上位機相連; 因此外部事件包括串口中斷事件和接收到數(shù)據(jù)中斷事件。

　　為了防止串口通信過程中丟失數(shù)據(jù)， 軟件設(shè)計上加了握手協(xié)議。當基站節(jié)點每發(fā)送一個數(shù)據(jù)包給上位機時， 上位機都會向基站節(jié)點發(fā)送應(yīng)答信號， 直到數(shù)據(jù)包發(fā)送給上位機。上位機接收到數(shù)據(jù)包后， 馬上進入中斷處理， 處理完后把相應(yīng)標志位置1， 通過主程序做進一步處理。

　　4.2 傳感器節(jié)點軟件

　　傳感器節(jié)點主程序主要是實現(xiàn)組網(wǎng)， 當節(jié)點上電初始化后設(shè)定發(fā)射功率為最小，請求入網(wǎng)。如果入網(wǎng)不成功則加大發(fā)射功率，繼續(xù)請求入網(wǎng)。經(jīng)試驗證實，發(fā)射功率越小，電池的使用壽命就越長。入網(wǎng)成功后，保存入網(wǎng)信息， 并馬上進入低功耗狀態(tài)， 同時使用兩個中斷， 一個外部接收數(shù)據(jù)中斷，一個定時器采集中斷。程序流程圖分別如圖5、圖6 所示。數(shù)據(jù)發(fā)送放在定時中斷程序里完成。

　　
圖5 接收數(shù)據(jù)中斷

　　
圖6 串口中斷流程

　　當多個傳感器節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時， 則會出現(xiàn)掙搶信道的現(xiàn)象。為了避免多個傳感器節(jié)點同時與某個傳感器節(jié)點通信造成數(shù)據(jù)丟失， 軟件上采用一定的退避機制。一方面， 利用射頻芯片Si4432 的載波偵聽信號來產(chǎn)生隨機延時， 以避免同時發(fā)送信號; 另一方面， 當一個傳感器節(jié)點與某個傳感器節(jié)點建立了通信通道時， 其他發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點會增加發(fā)射數(shù)據(jù)的次數(shù)。

　　4.3 上位機軟件

　　上位機主要功能有發(fā)送重組網(wǎng)命令、向任意傳感器節(jié)點發(fā)送采集信息命令、建立良好的人機界面用于觀察傳感器采集來的信息、幫助基站節(jié)點處理數(shù)據(jù)減輕基站的負擔(dān)等。人機界面采用Visual Basic(VB) 來設(shè)計， 利用VB 的MSComm 控件實現(xiàn)上、下位機的串口通信。利用其他控件實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分析、顯示和操作， 在此不再詳細說明。

　　Si4432 的緩沖寄存器為64 KB， 一次性可發(fā)送接收信息量可多達62 KB?；竟?jié)點通過串口跟上位機相連， 在上位機建立良好的人機界面可以觀察每個傳感器采集來的信息， 并且可以控制每個節(jié)點的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)已在實際中成功應(yīng)用。