一種分布式節(jié)能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

　　4 中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　中繼節(jié)點(diǎn)使用Microchip公司PIC18FF66J60單片機(jī)進(jìn)行局域網(wǎng)協(xié)議的處理和上級(jí)中心計(jì)算機(jī)協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)控制，同時(shí)使用CC1101與下級(jí)的測(cè)控基站通信。

　　PIC18F66J60芯片具有嵌入式以太網(wǎng)控制器模塊，是一個(gè)完整的以太網(wǎng)連接解決方案，要完全實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)控制和物理層收發(fā)器模塊功能，只需使用2個(gè)脈沖變壓器和一些無(wú)源器件即可將單片機(jī)直接與以太網(wǎng)相連。該單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)嵌入了TCP／IP協(xié)議棧，上電后協(xié)議棧自動(dòng)運(yùn)行，單片機(jī)軟件只需調(diào)用相應(yīng)的TCP／IP處理函數(shù)即可。

　　中繼節(jié)點(diǎn)的硬件電路如圖5所示，在與局域網(wǎng)通信端，PIC18F66J60單片機(jī)的4個(gè)以太網(wǎng)專用引腳TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-與網(wǎng)絡(luò)變壓器直接相連；在與無(wú)線信道通信端，單片機(jī)通過(guò)SPI引腳與CC1101直接相連。

　　中繼節(jié)點(diǎn)采用220 V市電經(jīng)．AC—DC轉(zhuǎn)換后供電，沒(méi)有節(jié)能處理的要求，CC1101不需使用WOR工作模式，處于常開(kāi)狀態(tài)，最大限度的保證通信鏈路的可用性。默認(rèn)狀態(tài)下中繼節(jié)點(diǎn)在與測(cè)控基站通信的過(guò)程中處于被動(dòng)地位，隨時(shí)準(zhǔn)備接收測(cè)控基站上傳的測(cè)量數(shù)據(jù)幀。

　　中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)工作流程如圖6所示，它不斷監(jiān)視本區(qū)域內(nèi)的無(wú)線基站狀態(tài)，只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)控基站測(cè)量數(shù)據(jù)有改變時(shí)才向中心計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；同時(shí)響應(yīng)中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的控制指令，向本區(qū)域內(nèi)的無(wú)線基站轉(zhuǎn)發(fā)。

　　中繼節(jié)點(diǎn)使用PIC18F66J60單片機(jī)TCP／IP協(xié)議棧與中心計(jì)算機(jī)通信的軟件處理步驟簡(jiǎn)介如下。

　?、貾IC18F66J60單片機(jī)根據(jù)中心計(jì)算機(jī)IP地址向局域網(wǎng)廣播發(fā)出地址解析(ARP)包。中心計(jì)算機(jī)工作在TCPSERVER的模式下，應(yīng)答中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送的ARP解析請(qǐng)求，向中繼節(jié)點(diǎn)回送MAC地址。相關(guān)函數(shù)調(diào)用為：voidARPResolve(IP ADDR*IPAddr)，發(fā)出地址解析包，IPAddr為模塊的IP地址。BOOL ARPIsResolved(IP_ADDR*IPAddr，MAC ADDR*MACAddr)；IPAddr，MACAddr為中心計(jì)算機(jī)的IP地址與MAC地址。

　　②建立中繼節(jié)點(diǎn)與中心計(jì)算機(jī)的連接，查看連接是否建立與斷開(kāi)連接。相關(guān)函數(shù)調(diào)用為：TCP_SOCKETTCPConnect(NODE_INFO*remote，TCP_port port)，建立連接。BOOL TCPIsConnected(TCP_sockethTCP)，查看是否建立連接。void TCPDisconnect(TCP_SOCKET hTCP)，斷開(kāi)連接。

　?、跴IC18F66J60單片機(jī)檢查網(wǎng)口緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)收到，如果有數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)組合成命令幀。函數(shù)調(diào)用為：BOOL TCPIsGetReady(TCP SOCKET socket)，檢測(cè)網(wǎng)口是否收到數(shù)據(jù)。BOOL TCPGet(TCP_SOCKET、socket，BYTE*byte)，從網(wǎng)口緩沖區(qū)中讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

　?、墚?dāng)PIC18F66J60單片機(jī)需要向中心計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，檢查網(wǎng)口是否做好準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，如已準(zhǔn)備好，直接向網(wǎng)口緩沖區(qū)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。函數(shù)調(diào)用為：BOOL TCPIsPutReady(TCP SOCKET socket)，檢查網(wǎng)口是否準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。BOOL TCPPut(TCP_SOCKET hTCP，BYTEbyte)，向緩沖區(qū)寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的注塑機(jī)參數(shù)。voidTCPFIush(TCP SOCKET hTCP)，將網(wǎng)口緩沖區(qū)的全部數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

　　5 中心計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

　　中心計(jì)算機(jī)由應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)組成，負(fù)責(zé)管理整個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測(cè)控信息管理。該數(shù)據(jù)中心主要有以下功能：

　?、倬W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的修改，可以在網(wǎng)絡(luò)中增加或刪除中繼節(jié)點(diǎn)或測(cè)控基站；

　?、谂c中繼節(jié)點(diǎn)或測(cè)控基站進(jìn)行通信，查詢運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出動(dòng)作指令，完成運(yùn)行維護(hù)管理；

　?、叟c中繼節(jié)點(diǎn)或測(cè)控基站進(jìn)行通信，讀取測(cè)控基站測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)量信息的管理；

　?、芨鞣N統(tǒng)計(jì)和查詢；

　?、輸?shù)據(jù)維護(hù)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　按上述設(shè)計(jì)方案研制成的分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在智能樓宇項(xiàng)目中得到成功應(yīng)用。測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用樓宇中廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)接口，在總控室設(shè)置一臺(tái)中心主控計(jì)算機(jī)，在每一層設(shè)置一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，它們之間通過(guò)網(wǎng)線互連，不需重新布線，大大節(jié)約了工程成本。另外，在每一樓層各個(gè)房間安裝一個(gè)測(cè)控基站，每層的測(cè)控基站只與同層的中繼節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)房間的智能化管理。測(cè)控終端與中繼節(jié)點(diǎn)間通信速率為250 kbps，傳輸帶寬滿足大部分的日常測(cè)量、控制信息的通信要求；測(cè)控終端使用2節(jié)普通5號(hào)干電池供電，電量足夠一年使用，維護(hù)成本極低。

　　對(duì)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)方案稍加修改，如中繼節(jié)點(diǎn)與中心計(jì)算機(jī)間使用GPRS無(wú)線通信，該測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即可應(yīng)用于野外無(wú)人值守測(cè)控系統(tǒng)，或者是電力計(jì)費(fèi)、管理系統(tǒng)。無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有構(gòu)建成本低、易維護(hù)、通信性能高等優(yōu)點(diǎn)，在分布式測(cè)控領(lǐng)域具備良好的應(yīng)用前景。