車載無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘要：基于IEEE 802．15．4和ZigBee標準實現(xiàn)了一個車載無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)。借助通用無線傳感器網(wǎng)絡，為車載系統(tǒng)擴展了監(jiān)控范圍和監(jiān)控功能，實現(xiàn)了車載設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)視，以及必要的設備控制、拓撲控制、拓撲查詢等功能。
關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；監(jiān)測系統(tǒng)；MC9S08GB60；MC13192

引言
為了滿足人們對車載安全性、操控性以及舒適性的要求，車載上集成了越來越多的電子系統(tǒng)。目前，汽車電子設備廣泛采用16位或32位微處理器進行控制。本文基于IEEE 802．15．4和ZigBee標準的無線傳感器網(wǎng)絡構建車載監(jiān)測系統(tǒng)，設計實現(xiàn)更加優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡，逐步實現(xiàn)車載系統(tǒng)的網(wǎng)絡化、智能化和可控性，以提，高車載系統(tǒng)的安全性。

1 系統(tǒng)設計方案
本文在現(xiàn)有的車載系統(tǒng)上，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綌U展為無線傳輸方式，實現(xiàn)一個星型網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。并能分別將各個數(shù)據(jù)采集節(jié)點的所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關，網(wǎng)關通過串口將數(shù)據(jù)上傳到主機上，在主機中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時波形顯示，并以數(shù)據(jù)庫的方式加以保存，供后續(xù)數(shù)據(jù)處理。該采集系統(tǒng)的應用對象由溫度傳感器、油壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器、電流傳感器、壓力傳感器等傳感器子系統(tǒng)所組成。這樣設計的目的是用一個監(jiān)控主機端來檢測多個待測目標環(huán)境，考慮到接入的數(shù)據(jù)吞吐量和軟件系統(tǒng)的復雜程度，采用時分復用的方式，逐個對網(wǎng)內(nèi)的終端采集點進行控制采集。
如圖1所示，該車載系統(tǒng)分3個部分：車載監(jiān)控中心、車載網(wǎng)關和車載傳感器節(jié)點。車載網(wǎng)關是整個車載系統(tǒng)的核心，可以和所有的車載傳感器節(jié)點通信。車載監(jiān)控中心可以向車載網(wǎng)關發(fā)出控制命令，由車載網(wǎng)關將控制命令轉(zhuǎn)換為射頻信號后發(fā)送給車載傳感器節(jié)點。當車載傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，車載網(wǎng)關進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)上傳到車載監(jiān)控中心作進一步處理。此外，車載傳感器節(jié)點之間不能互相通信。監(jiān)控中心的監(jiān)控軟件與車載網(wǎng)關之間以RS232的接口標準進行通信。

車載傳感器節(jié)點的生命周期由活躍期和休眠期構成。節(jié)點在活躍期完成數(shù)據(jù)采集，向網(wǎng)關發(fā)送數(shù)據(jù)，接收并執(zhí)行網(wǎng)關命令；在休眠期關閉無線射頻模塊以節(jié)省能量，直到下一個活躍期來臨。系統(tǒng)通過這種休眠機制來減少系統(tǒng)的能量消耗，延長系統(tǒng)整體壽命。
本系統(tǒng)用PC機作為監(jiān)控中心，PC機上的監(jiān)控軟件在VB環(huán)境下開發(fā)，是一個基于對話框的應用軟件。為了提高通信傳輸模塊的智能化水平，在設計中，它的功能不限于數(shù)據(jù)的實時顯示，所有的數(shù)據(jù)采集由監(jiān)控軟件通過發(fā)送請求信號的方式觸發(fā)?？紤]到原始數(shù)據(jù)需要進行后續(xù)的處理與深入的分析，才能對車載系統(tǒng)的狀況進行準確的判定，軟件中還添加了數(shù)據(jù)文件形式的保存與數(shù)據(jù)文件回顯功能。
總體上來講，整個網(wǎng)絡的所有節(jié)點都受控于主機監(jiān)控軟件，工作過程中網(wǎng)絡的每一個節(jié)點都不需要人為的參與。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 應用芯片介紹
Freescale公司的MC13192符合IEEE 802．15．4標準，工作頻率是2．405～2．480 GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，采用0-QPSK調(diào)試方式。這種功能豐富的雙向2．4 GHz收發(fā)器帶有一個數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器，可以在ZigBee技術應用中使用。它還具有一個優(yōu)化的數(shù)字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執(zhí)行周期。
主控MCU選用Freescale公司HCS08系列的低功耗、高性能微處理器MC9S08GB60。該處理器具有60 KB的應用可編程Flash、4 KB的RAM、8通道的10位ADC、2個異步串行通信接口(SCI)、1個同步串行外部接口(SPI)以及I2C總線模塊，完全能夠滿足車載網(wǎng)關和節(jié)點對處理器的要求。
2．2 MCl3192與MC9S08GB60的硬件連接
MC13192與MC9S08GB60的硬件連接圖如圖2所示。MC13192的控制和數(shù)據(jù)傳送依靠4線串行外設接口(SPI)完成，其4個接口信號分別是MOS-I、MISO、、SPICLK。主控MCU通過控制信號退出睡眠模式或休眠模式，通過來復位收發(fā)器，通過RXTXEN來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，或者強制收發(fā)器進入空閑模式。由傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過MCU的8通道10位ADC轉(zhuǎn)換后輸入到MCU。MCU通過SPI口進行MC13192的讀寫操作，并把傳感器采集的信號經(jīng)過處理后通過MC13192發(fā)射出去。MC13192的中斷通過IRQ引腳和中斷寄存器來判斷中斷類型。MC908GB60通過引腳來控制MC13192進入不同的工作模式。對傳感器的控制信號可以從MC13192的天線接收進來，通過SPI傳送到MCU上，經(jīng)過MCU的判斷處理后通過GPIO口傳送到傳感器上，完成對傳感器的控制。同時，MCU完成MC13192收發(fā)控制和所需要的MAC層操作。