基于無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

摘要:通過對單片機技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，介紹了一種具有分層結(jié)構(gòu)的無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)， 并設(shè)計了基于這種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議，給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計。應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用在需要溫度監(jiān)測的領(lǐng)域。

　　1　引言

　　溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對溫度監(jiān)測的場合非常多。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在著布線復雜，線路容易老化等問題。無線測溫技術(shù)與有線測溫技術(shù)相比，有成本低、攜帶方便、搭建網(wǎng)絡(luò)簡單快捷等特點，特別是在有線網(wǎng)絡(luò)不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制不便架設(shè)線路的情況下，使用無線通信技術(shù)進行溫度監(jiān)測顯得更加實用、快捷。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在21世紀有了很大的發(fā)展，典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由大量同構(gòu)的、微小的、資源受限的、基本不動的傳感器節(jié)點隨機分布在被測量區(qū)域形成的大規(guī)模的、自組織的、多跳的、未分割的網(wǎng)絡(luò)。

　　而在一些場合我們并不需要構(gòu)建大規(guī)模的、自組織的網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點，本文提出了一種具有分層結(jié)構(gòu)的無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，并給出了這種分層結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議，該系統(tǒng)吸取了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點同時又不需要考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織建網(wǎng)，降低了功耗。

　　2　系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

　　參照無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分簇結(jié)構(gòu)，以降低功耗為目的，本文提出了具有兩層結(jié)構(gòu)的基于無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)由大量的無線傳感器節(jié)點、二級節(jié)點和一個主節(jié)點組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主節(jié)點M相當于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一級簇首，同時又是主控節(jié)點。1、2、……、N相當于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的二級簇首，文中稱為二級節(jié)點，A1、A2、……、Am為二級節(jié)點1的子節(jié)點， B1、B2、……、Bm為二級節(jié)點2的子節(jié)點， N1、N2等為二級節(jié)點N的子節(jié)點等等。分布在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的簇首節(jié)點主要用于接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)上報，并將其進行融合處理。本系統(tǒng)的主控節(jié)點M沒有能量限制，主要負責收集和協(xié)調(diào)各個子節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將其處理后上傳給監(jiān)控主機。二級節(jié)點主要負責收集各個傳感器子節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且負責接收和下發(fā)主控節(jié)點的命令，在整個結(jié)構(gòu)起中轉(zhuǎn)的作用。傳感器子節(jié)點帶有射頻收發(fā)器主要用于溫度的采集和傳輸。為了節(jié)約能耗，底層傳感器節(jié)點工作在睡眠- 偵聽模式，只有收到二級節(jié)點的數(shù)據(jù)請求命令才傳送數(shù)據(jù)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　主控節(jié)點通過串口與監(jiān)控計算機通信，各二級節(jié)點要放到與主控節(jié)點距離較近的位置，傳感器子節(jié)點隨機放置。本系統(tǒng)射頻傳輸成本低，功耗小，采用兩層結(jié)構(gòu)的通信方案，能夠滿足較遠距離的溫度監(jiān)測。