基于MSP430F149與Si4432的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)注重低功耗、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)穩(wěn)健性及可靠性， 在低功耗設(shè)計(jì)中采用智能控制策略， 讓系統(tǒng)需要工作時(shí)處于全速工作模式， 其他時(shí)刻處于低功耗模式。數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是路由選擇， 主要依據(jù)是跳數(shù)最少路徑最短原則( 兼顧能量?jī)?yōu)先原則)。系統(tǒng)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)部分， 當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)因能量耗盡或其他原因不能工作或者有新的傳感器節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)馬上重新組網(wǎng)， 形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中采用看門(mén)狗等技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力。系統(tǒng)軟件框圖如圖4 所示。

　　
圖4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　4.1 基站軟件

　　基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)上位機(jī)USB 供電所以一直工作在全速狀態(tài)， 加快了對(duì)外部的響應(yīng)速度。上電初始化后， 根據(jù)中斷程序中的標(biāo)志位值對(duì)獲得的信息進(jìn)行相應(yīng)處理， 處理完后把標(biāo)志位置零， 循環(huán)執(zhí)行此操作?；竟?jié)點(diǎn)通過(guò)串口與上位機(jī)相連; 因此外部事件包括串口中斷事件和接收到數(shù)據(jù)中斷事件。

　　為了防止串口通信過(guò)程中丟失數(shù)據(jù)， 軟件設(shè)計(jì)上加了握手協(xié)議。當(dāng)基站節(jié)點(diǎn)每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給上位機(jī)時(shí)， 上位機(jī)都會(huì)向基站節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)， 直到數(shù)據(jù)包發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后， 馬上進(jìn)入中斷處理， 處理完后把相應(yīng)標(biāo)志位置1， 通過(guò)主程序做進(jìn)一步處理。

　　4.2 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件

　　傳感器節(jié)點(diǎn)主程序主要是實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)， 當(dāng)節(jié)點(diǎn)上電初始化后設(shè)定發(fā)射功率為最小，請(qǐng)求入網(wǎng)。如果入網(wǎng)不成功則加大發(fā)射功率，繼續(xù)請(qǐng)求入網(wǎng)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，發(fā)射功率越小，電池的使用壽命就越長(zhǎng)。入網(wǎng)成功后，保存入網(wǎng)信息， 并馬上進(jìn)入低功耗狀態(tài)， 同時(shí)使用兩個(gè)中斷， 一個(gè)外部接收數(shù)據(jù)中斷，一個(gè)定時(shí)器采集中斷。程序流程圖分別如圖5、圖6 所示。數(shù)據(jù)發(fā)送放在定時(shí)中斷程序里完成。

　　
圖5 接收數(shù)據(jù)中斷

　　
圖6 串口中斷流程

　　當(dāng)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， 則會(huì)出現(xiàn)掙搶信道的現(xiàn)象。為了避免多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)與某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通信造成數(shù)據(jù)丟失， 軟件上采用一定的退避機(jī)制。一方面， 利用射頻芯片Si4432 的載波偵聽(tīng)信號(hào)來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)延時(shí)， 以避免同時(shí)發(fā)送信號(hào); 另一方面， 當(dāng)一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)與某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)建立了通信通道時(shí)， 其他發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)會(huì)增加發(fā)射數(shù)據(jù)的次數(shù)。

　　4.3 上位機(jī)軟件

　　上位機(jī)主要功能有發(fā)送重組網(wǎng)命令、向任意傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集信息命令、建立良好的人機(jī)界面用于觀察傳感器采集來(lái)的信息、幫助基站節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)減輕基站的負(fù)擔(dān)等。人機(jī)界面采用Visual Basic(VB) 來(lái)設(shè)計(jì)， 利用VB 的MSComm 控件實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的串口通信。利用其他控件實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分析、顯示和操作， 在此不再詳細(xì)說(shuō)明。

　　Si4432 的緩沖寄存器為64 KB， 一次性可發(fā)送接收信息量可多達(dá)62 KB?；竟?jié)點(diǎn)通過(guò)串口跟上位機(jī)相連， 在上位機(jī)建立良好的人機(jī)界面可以觀察每個(gè)傳感器采集來(lái)的信息， 并且可以控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)已在實(shí)際中成功應(yīng)用。