基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的CAN總線互聯(lián)

TinyOS是基于一種組件架構(gòu)方式的開源的嵌入式操作系統(tǒng)，一個(gè)應(yīng)用程序可以通過連接配置文件(a wiring specification)將各種組件連接起來，以完成它所需要的功能。TinyOS的應(yīng)用程序都是基于事件驅(qū)動(dòng)模式的，采用事件觸發(fā)去喚醒傳感器工作。tasks一般用在對于時(shí)間要求不是很高的應(yīng)用中，且tasks之間是平等的，即在執(zhí)行時(shí)是按先后順序，一般為了減少tasks的運(yùn)行時(shí)間，要求每一個(gè)task都很短小，能夠使系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)較輕；events一般用在對于時(shí)間要求很嚴(yán)格的應(yīng)用中，而且它可以優(yōu)先于tasks和其他events執(zhí)行，可以被一個(gè)操作完成或是來自外部環(huán)境的事件觸發(fā)，在TinyOS中一般由硬件中斷處理來驅(qū)動(dòng)事件。在TinyOS中由于tasks之間不能互相占先執(zhí)行，所以TinyOS沒有提供任何阻塞操作，為了讓一個(gè)耗時(shí)較長的操作盡快完成，一般都是將對這個(gè)操作的需求及其完成分開來實(shí)現(xiàn)，以便獲得較高的執(zhí)行效率。由于在Tiny-OS中沒有進(jìn)程管理的概念，它對任務(wù)是按簡單的FIFO隊(duì)列進(jìn)行處理的，對資源采取預(yù)先分配，且這個(gè)隊(duì)列里最多只能有7個(gè)未解決的任務(wù)。我們設(shè)計(jì)時(shí)，主要處理三類事件，即串口接收數(shù)據(jù)事件、無線接收數(shù)據(jù)事件和定時(shí)器事件。

①串口接收數(shù)據(jù)事件。每次節(jié)點(diǎn)從串口接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)將觸發(fā)該事件。對于信息采集任務(wù)來說，其信息是定時(shí)采集的。同時(shí)，CAN總線的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無線傳輸?shù)乃俾?。因此，在?jié)點(diǎn)開辟了一段較大的緩存區(qū)，對CAN總線傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。該緩存區(qū)的大小取決于無線傳輸?shù)乃俾室约?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/CAN">CAN總線在一個(gè)定時(shí)采集周期的數(shù)據(jù)量大小。假設(shè)無線傳輸?shù)乃俾蕿閂、緩存區(qū)大小為Mem、采集周期為T、每個(gè)采集周期的數(shù)據(jù)量為Data，注意V為傳輸有效數(shù)據(jù)的速率，即要去掉協(xié)議開銷以及管理和控制開銷，則至少滿足V×T≥Data，Mem≥Data。為提高無線傳輸?shù)男?，不是每次從串口接受到一個(gè)字節(jié)就從無線接口發(fā)走，而是每次緩存的字節(jié)數(shù)達(dá)到無線傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小時(shí)，啟動(dòng)任務(wù)一UARTRcvdTask。這種采用任務(wù)的方式進(jìn)行實(shí)際的無線數(shù)據(jù)傳輸可以避免阻塞其他event事件。

②無線接受數(shù)據(jù)事件。每次節(jié)點(diǎn)從無線接口接受到一個(gè)數(shù)據(jù)包將觸發(fā)該事件。事件處理程序主要從協(xié)議數(shù)據(jù)包中獲取傳輸數(shù)據(jù)，并且緩存于接受緩存區(qū)，具體地怎么處理無線接受的數(shù)據(jù)的工作，通過啟動(dòng)任務(wù)――RadioRcvdTask來完成，以避免阻塞其他event事件。

③定時(shí)器事件。該事件定時(shí)觸發(fā)。該事件處理程序主要定時(shí)判斷串口接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)是否有數(shù)據(jù)，如果有的話，則啟動(dòng)任務(wù)――UARTRcvdTask，以避免到串口收到的數(shù)據(jù)不足一個(gè)協(xié)議數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)長期滯留在串口接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)中。

4 性能分析和實(shí)驗(yàn)

整個(gè)系統(tǒng)的性能主要取決于無線傳輸?shù)乃俾省o線CC1000使用頻率為14.745 MHz的晶振作為驅(qū)動(dòng)，在該驅(qū)動(dòng)下面CC1000可以提供的最大數(shù)據(jù)傳輸率為19.2 KB／s?？紤]無線傳輸協(xié)議消耗，無線傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的格式如下：

其中TOSH_DATA_LENGTH=29，故協(xié)議的理論有效數(shù)據(jù)比率約為70％。同時(shí)，為提高無線傳輸?shù)男?，不是每次從串口接受到一個(gè)字節(jié)就從無線接口發(fā)走，而是每次緩存的字節(jié)數(shù)達(dá)到無線傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小時(shí)，才啟動(dòng)發(fā)送任務(wù)，故無線有效傳輸速率約為13.4 KB／s,，對于本系統(tǒng)應(yīng)用來說，CAN總線的采樣周期為10 s，每次采樣數(shù)據(jù)為1 K數(shù)據(jù)。雖然，CAN總線速率相對來說較高，但是通過緩存完全可以滿足需求。在性能測試中，該系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行20多個(gè)小時(shí)，收發(fā)均無問題。

5 結(jié) 論

本文基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)給出一種連接CAN總線的無線通道設(shè)計(jì)，主要包括CAN總線無線接入控制模塊電路設(shè)計(jì)以及無線傳感器節(jié)點(diǎn)的通信協(xié)議設(shè)計(jì)等內(nèi)容。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際使用效果良好。本文內(nèi)容對于一般的信息采集無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較好的借鑒意義。