基于無線通信的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

　　4　通信協(xié)議的設(shè)計

　　系統(tǒng)采用如圖1所示的分層結(jié)構(gòu)，主節(jié)點采用數(shù)據(jù)請求工作方式，按順序?qū)Χ壒?jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)請求，二級節(jié)點收到數(shù)據(jù)請求命令后，將采集的數(shù)據(jù)交給主節(jié)點統(tǒng)一處理，主節(jié)點把帶有傳感器地址的溫度數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。NRF905每次只能收發(fā)32字節(jié)數(shù)據(jù)，因此底層傳感器節(jié)點并不是無限多，根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，DS18B20采集的溫度數(shù)據(jù)是用兩個字節(jié)表示，而每個傳感器有唯一的1字節(jié)地址，這樣每個傳感器傳送給二級節(jié)點的數(shù)據(jù)都是三個字節(jié)，即兩個字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)和一個字節(jié)的地址數(shù)據(jù)。二級節(jié)點一次最多傳送32字節(jié)數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性， 該系統(tǒng)每個二級節(jié)點對應(yīng)10個底層傳感器節(jié)點，共構(gòu)建了20個二級節(jié)點，系統(tǒng)總的底層傳感器節(jié)點的數(shù)目是200個。本系統(tǒng)的所有節(jié)點的通訊都是同一信道，當(dāng)出現(xiàn)多個節(jié)點同時傳送數(shù)據(jù)的情況時，會形成相互間的干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正確的接收，因此需要一種機(jī)制來合理的分配信道資源，減少數(shù)據(jù)沖突。基于NRF905通訊的特點，即兩個NRF905模塊必需具有相同的頻段和地址才能通訊成功，設(shè)計了通信協(xié)議，通信協(xié)議的算法如下：

　　(1)主節(jié)點M采用輪詢數(shù)據(jù)請求工作方式，按順序?qū)Χ壒?jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)請求，主節(jié)點對每一個二級節(jié)點發(fā)送完請求數(shù)據(jù)命令后都會進(jìn)入信道偵聽狀態(tài)，一定的時間間隙T內(nèi)主節(jié)點一直處于偵聽信道狀態(tài)。

　　(2)二級節(jié)點偵聽信道，接收來自主節(jié)點的數(shù)據(jù)請求命令， 收到數(shù)據(jù)請求命令后結(jié)束偵聽，發(fā)送應(yīng)答信息。

　　(3)二級節(jié)點采用類似主節(jié)點M的工作方式，按順序?qū)鞲衅鞴?jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)請求，二級節(jié)點對每一個傳感器節(jié)點發(fā)送完請求數(shù)據(jù)命令后都會進(jìn)入信道偵聽狀態(tài)，一定的時間間隙Tm內(nèi)二級節(jié)點一直處于偵聽信道狀態(tài)。

　　(4)傳感器節(jié)點偵聽信道，接收來自二級節(jié)點的數(shù)據(jù)請求命令，收到命令后，結(jié)束偵聽，發(fā)送溫度數(shù)據(jù)信息。

　　(5)二級節(jié)點與傳感器節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接收數(shù)據(jù)包。

　　(6)主節(jié)點與二級節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接收來自二級節(jié)點的數(shù)據(jù)包。

　　(7)主節(jié)點與監(jiān)控主機(jī)通信，傳送各個傳感器節(jié)點采集的溫度數(shù)據(jù)和傳感器地址。

　　數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中無線傳輸必須有統(tǒng)一的格式，數(shù)據(jù)包格式如下：

　　其中，前導(dǎo)碼由器件自動添加，占用1個字節(jié);目的地址是表示數(shù)據(jù)包要到達(dá)的目的地址，占用1個字節(jié);數(shù)據(jù)屬性用來說明該數(shù)據(jù)包是數(shù)據(jù)包還是命令包，占用一個字節(jié);有效數(shù)據(jù)包括節(jié)點的采集信息和地址信息可設(shè)定最大為32個字節(jié); CRC校驗系統(tǒng)自動完成，本系統(tǒng)采用16位CRC校驗占用2個字節(jié)。

　　主節(jié)點發(fā)出的通信數(shù)據(jù)包格式如下：

　　其中，目的地址是二級節(jié)點的地址，命令字是指請求數(shù)據(jù)命令，用0AH代表數(shù)據(jù)請求命令，占用一個字節(jié)，有效數(shù)據(jù)長度為空。

　　二級節(jié)點的應(yīng)答數(shù)據(jù)包格式如下：

　　其中目的地址是主節(jié)點的地址，應(yīng)答字用0BH表示，占用1字節(jié)，有效數(shù)據(jù)長度為空。

　　二級節(jié)點發(fā)出的帶有采集點數(shù)據(jù)的包格式如下：

　　其中目的地址是主節(jié)點的地址，數(shù)據(jù)標(biāo)志用0CH表示，占用一個字節(jié)，有效數(shù)據(jù)長度包括傳感器節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)和傳感器地址數(shù)據(jù)，占用30個字節(jié)。