面向環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件設(shè)計
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3.2節(jié)點工作流程
為便于管理和調(diào)度，節(jié)點所要實現(xiàn)的功能都是將其定義為事件進(jìn)行處理的。每個事件完成相應(yīng)功能。將事件按一定關(guān)系串接，就能實現(xiàn)節(jié)點工作時要完成的系統(tǒng)功能。采集節(jié)點和匯聚節(jié)點的工作流程如圖4、圖5所示。
匯聚節(jié)點和采集節(jié)點在同一時刻醒來。當(dāng)匯聚節(jié)點創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)成功，并且采集節(jié)點入網(wǎng)成功后，全網(wǎng)節(jié)點處于通信狀態(tài)。匯聚節(jié)點會通過串口向數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送1個表示網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備就緒的消息，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器接收到該消息之后根據(jù)上位機(jī)的要求決定要不要上傳數(shù)據(jù)，以及上傳哪些數(shù)據(jù)。匯聚節(jié)點接收到命令之后會觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理，先命令采集節(jié)點將相應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳給它，再通過觸發(fā)串口事件將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器。采集節(jié)點在入網(wǎng)成功以后也處于準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)，等待接受匯聚節(jié)點的命令，做相應(yīng)的事件觸發(fā)處理。
在每次通信結(jié)束之前，匯聚節(jié)點會向數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送1個請求休眠的消息，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器接收到該消息之后會按照上位機(jī)的要求對全網(wǎng)節(jié)點的休眠過程進(jìn)行設(shè)置。
3.3 串口通信協(xié)議
匯聚節(jié)點與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器之間的通信是通過串口進(jìn)行的。串口通信協(xié)議保證數(shù)據(jù)的安全收發(fā)，便于匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲管理。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器和匯聚節(jié)點之間的串口通信數(shù)據(jù)幀格式如下所示：
其中，SOP為起始標(biāo)志符，用1字節(jié)來表示數(shù)據(jù)包的起始，將這個字節(jié)定義為0x02；CMD表示命令I(lǐng)D，用1字節(jié)的數(shù)據(jù)來標(biāo)識命令消息。LEN表示DATA的長度，用1字節(jié)來指示DATA位的數(shù)據(jù)的長度。DATA為具體要發(fā)送的數(shù)據(jù)。FCS是校驗位，這里使用XOR(異或校驗)，校驗CMD、LEN、DATA中的所有數(shù)據(jù)。
當(dāng)匯聚節(jié)點和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器通過串口接收到數(shù)據(jù)后，都是通過判別CMD對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析的。串口數(shù)據(jù)的CMD有如下幾種：
①0x03，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送上傳路由表命令。作為響應(yīng)，匯聚節(jié)點通過串口上傳路由表數(shù)據(jù)的CMD標(biāo)識為0x83。
②0x04，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送上傳鄰居表命令。作為響應(yīng)，匯聚節(jié)點通過串口上傳鄰居表數(shù)據(jù)的CMD標(biāo)識為0x84。
③0x05，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器發(fā)送上傳采集數(shù)據(jù)命令。作為響應(yīng)，匯聚節(jié)點通過串口上傳采集數(shù)據(jù)時的CMD標(biāo)識為0x85。
④0x89，匯聚節(jié)點發(fā)送至數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，表示網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建成功，等待命令消息。
⑤0xF9，匯聚節(jié)點發(fā)送至數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器，表示數(shù)據(jù)全部上傳完畢，等待休眠。作為響應(yīng)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器通過串口向匯聚節(jié)點發(fā)送CMD為0x09的休眠設(shè)置命令。
LEN表示數(shù)據(jù)的長度，方便數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分配和存儲。FCS是校驗位，用于表征數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
當(dāng)匯聚節(jié)點接收到串口數(shù)據(jù)時，匯聚節(jié)點會觸發(fā)自身應(yīng)用層的串口事件，用于解析發(fā)送過來的命令消息，然后根據(jù)該命令來觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理。
3.4 休眠設(shè)置
實驗證實，節(jié)點在休眠過程中處于斷網(wǎng)狀態(tài)。因此，為節(jié)省節(jié)點頻繁聯(lián)網(wǎng)帶來的功耗和保證全網(wǎng)節(jié)點工作狀態(tài)同步，在軟件上設(shè)計為節(jié)點在聯(lián)網(wǎng)成功后只執(zhí)行通信任務(wù)，而休眠過程中只執(zhí)行采集任務(wù)。當(dāng)節(jié)點采集時刻到來，觸發(fā)采集事件，打開傳感器的開關(guān)對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并控制I／O口對傳感器采集得到的信號進(jìn)行A／D采樣，最后將采樣值以SPI方式存入外部存儲器。在每次通信結(jié)束之前節(jié)點都會判斷是否有休眠設(shè)置命令，若接收到休眠設(shè)置命令，節(jié)點則會按照該設(shè)置進(jìn)行休眠，直到下一次醒來；若沒接收到命令，節(jié)點則會按照上一次的休眠設(shè)置進(jìn)行休眠。
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