ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)
EM916x核心板預(yù)裝了Win CE實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持包括MFC在內(nèi)的各種典型的Windows應(yīng)用程序框架，可以方便地使用Embedded Visual C++開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用程序。CC2430開(kāi)發(fā)套件自帶了完整的ZigBee協(xié)議棧，使用IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)協(xié)議棧工程文件進(jìn)行管理，可以查看并修改整個(gè)協(xié)議棧的任意層源代碼。因此，軟件設(shè)計(jì)分為兩部分：Win CE下的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和ZigBee協(xié)議棧的添加與修改。
3.1 Win CE應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
應(yīng)用程序駐留在EM916x核心板中，主要功能是負(fù)責(zé)打開(kāi)連接協(xié)調(diào)器的串口，設(shè)置串口通信參數(shù)；初始化ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，查詢并返回網(wǎng)絡(luò)狀況，如是否建立成功、各種節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)及數(shù)目等；監(jiān)視串口接收協(xié)調(diào)器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀；解碼數(shù)據(jù)幀讀取傳感器數(shù)值，并由EM916x核心板的調(diào)試串口打印出來(lái)。應(yīng)用程序流程如圖4(a)所示。

3.2 ZigBee協(xié)議棧修改
ZigBee協(xié)議棧完成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)初始化的絕大部分功能，代碼修改應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待。使用IAR集成開(kāi)發(fā)工具打開(kāi)ZigBee2006協(xié)議棧工程，找到ZMain工程目錄。打開(kāi)后可以看到這是協(xié)議棧的主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)和硬件配置文件，在這里便可以添加自定的應(yīng)用函數(shù)。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中三種節(jié)點(diǎn)的功能各不相同。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，等待子節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)，并接收子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀，通過(guò)串口發(fā)送到主機(jī)，程序流程如圖4（b）所示。路由器與終端節(jié)點(diǎn)添加的應(yīng)用函數(shù)功能相同，首先搜尋ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并向網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器或路由器申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)；初始化定時(shí)計(jì)數(shù)器，允許中斷，對(duì)振動(dòng)傳感器的輸入方波進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)向父節(jié)點(diǎn)（即允許其入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)）發(fā)送計(jì)數(shù)值，圖4(c)為路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的程序流程圖。路由器與終端節(jié)點(diǎn)只要在下載前選擇編譯即可。
4 系統(tǒng)仿真
仿真軟件使用Lab View編寫，仿真界面如圖5所示。左側(cè)用于選擇ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與核心板相連接的串口號(hào)、波特率及控制按鈕；右上部顯示的是終端節(jié)點(diǎn)采集到的振動(dòng)數(shù)值，包括節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)值時(shí)間、節(jié)點(diǎn)編號(hào)、當(dāng)前發(fā)送振動(dòng)計(jì)數(shù)值及上一次發(fā)送的計(jì)數(shù)值。右下方為某個(gè)終端節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)段內(nèi)振動(dòng)計(jì)數(shù)的波形圖，節(jié)點(diǎn)選擇在左下方的“奶牛編號(hào)”(原項(xiàng)目名稱)。圖5所顯示的是將傳感器套掛在奶牛脖子上實(shí)地采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，利用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有非常好的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，而在擁有多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)能夠得到非常大的延伸。通過(guò)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)與地面的距離太近，大約小于30 cm時(shí)，節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間的通信可靠性及通信距離大為降低，越接近地面，可靠通信距離就越短。后期采用的解決辦法是增大無(wú)線信號(hào)的發(fā)射功率，此時(shí)通信距離有所改觀，但這并不是一個(gè)好辦法，發(fā)射功率的增大意味著節(jié)點(diǎn)的電池壽命將縮短。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛，如數(shù)字家庭中的自動(dòng)抄表系統(tǒng)、室內(nèi)無(wú)線定位及動(dòng)物遠(yuǎn)程監(jiān)控等。本文中無(wú)線振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳感器如果設(shè)計(jì)成諸如自動(dòng)抄表器、無(wú)線定位引擎等，便可應(yīng)用于各種不同的場(chǎng)合。