基于ZigBee的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點的軟硬件設(shè)計

圖5　液晶顯示主控界面

本設(shè)計方案液晶顯示的主控界面如圖5所示?？墒褂蒙舷骆I選擇菜單，使用OK鍵確認(rèn)。

3　網(wǎng)關(guān)節(jié)點軟件設(shè)計

3.1　基本任務(wù)實現(xiàn)

MCF52223主要實現(xiàn)接收ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主控節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后通過GPRS發(fā)送到中心服務(wù)器。同時對于中心服務(wù)器發(fā)送的一些控制命令進(jìn)行處理，并通過串口傳輸?shù)綗o線傳感網(wǎng)絡(luò)主控節(jié)點中。此外還包括一些LCD顯示、按鍵、I2C總線的操作。MCF52223主控程序流程如圖6所示。

3.2　μC/OSII系統(tǒng)移植

μC/OSII作為一個源代碼公開的操作系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，可擴(kuò)展性強(qiáng)，功能強(qiáng)大，并且支持uIP、 TCP/IP協(xié)議棧、μC/GUI等。μC/OSII內(nèi)核屬于搶占式，最多可以處理64個任務(wù)，每個任務(wù)相對獨立，都有超時函數(shù)，時間用完后交出MCU使用權(quán)。μC/OSII系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。

為了使所設(shè)計的網(wǎng)關(guān)程序?qū)崟r性更強(qiáng)、運行穩(wěn)定性更高、擴(kuò)展性更強(qiáng)，將μC/OSII操作系統(tǒng)移植到MCF52223上。其移植步驟如下：

① 設(shè)置與處理器及編譯器相關(guān)的代碼(OS_CPU.H)。OS_CPU.H包括了用#define定義的與處理器相關(guān)的常量、宏和類型定義。不同的編譯器會使用不同的字節(jié)長度來表示同一數(shù)據(jù)類型，所以要定義一系列數(shù)據(jù)類型以確保移植的正確性。

② 處理器相關(guān)部分匯編實現(xiàn)OS_CPU_A.ASM函數(shù)的修改。要求用戶編寫4個匯編語言函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()。

③ 用C語言實現(xiàn)與處理器任務(wù)相關(guān)的函數(shù)OS_CPU_C.C。μC/OS_II的移植要求用戶編寫6個簡單的C函數(shù)：OSTaskStkInit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。

圖6　MCF52223主控程序流程

圖7　μC/OSII系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)μC/OSII系統(tǒng)移植完成后，添加網(wǎng)關(guān)節(jié)點實現(xiàn)的基本任務(wù)，包括網(wǎng)關(guān)與GPRS模塊通信任務(wù);網(wǎng)關(guān)與ZigBee模塊通信任務(wù);液晶屏顯示任務(wù);按鍵任務(wù);I2C總線存儲任務(wù)。

結(jié)語

在蘇州科技園的某條道路上對20個景觀燈安裝了單燈測控節(jié)點，組成單燈ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，而后在道路電控柜中安裝了所設(shè)計的網(wǎng)關(guān)，最后通過監(jiān)控中心的上位機(jī)軟件進(jìn)行了測試。經(jīng)實際運行，該系統(tǒng)可以很好地達(dá)到預(yù)期的效果，該網(wǎng)關(guān)方案較好地解決了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。此外，雖然該網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案是以照明監(jiān)控系統(tǒng)為依托的，但為類似的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)計提供了很好的參考，具有較高的實際應(yīng)用價值。