車載無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2
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本系統(tǒng)最終目的是將采集到的車載傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到主機(jī)，并在主機(jī)中得到顯示和保存。顯示的目的是獲得被車載傳感器節(jié)點(diǎn)所監(jiān)控環(huán)境的初步情況，保存的目的是作為深入分析的數(shù)據(jù)樣本。除此以外，作為整個(gè)系統(tǒng)的主控方和數(shù)據(jù)采集請求的發(fā)起者，需要能夠按照要求發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號。根據(jù)以上要求，在VB環(huán)境下開發(fā)了一個(gè)基于對話框的應(yīng)用程序。這個(gè)應(yīng)用程序包括了4個(gè)模塊：
①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示波形模塊。該模塊的作用是將節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以波形的形式實(shí)時(shí)地進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)的方式是利用MSChart和Timer控件。
②拓?fù)滹@示模塊。當(dāng)用戶希望了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)建情況時(shí)，可以查看拓?fù)湫畔?，了解網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的加入和丟失情況。
③歷史數(shù)據(jù)顯示模塊。在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行到一定時(shí)期，可能需要對過去某一段時(shí)間的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的處理與深入的分析，以便對車載系統(tǒng)的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的判定。借助歷史數(shù)據(jù)顯示模塊，可以將監(jiān)控中心從車載網(wǎng)關(guān)中得到的數(shù)據(jù)，按照不同節(jié)點(diǎn)的屬性、地址和時(shí)間分別保存到數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)字段中，并可以通過波形圖的方式將歷史數(shù)據(jù)顯示出來，供用戶分析。
④控制模塊。在車載系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能關(guān)心某一個(gè)車載傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，或者需要對某一個(gè)傳感器進(jìn)行閾值設(shè)置，以便待監(jiān)測的環(huán)境出現(xiàn)異常情況可以及時(shí)地報(bào)告給系統(tǒng)。這些都可以通過控制模塊對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，控制模塊還可以對系統(tǒng)中的某個(gè)不需要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行刪除操作。
總之，通過主機(jī)監(jiān)控軟件用戶可以直觀且多方面地對通用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了解和使用。
4 測試與驗(yàn)證
4．1 組網(wǎng)測試
測試設(shè)備：4個(gè)MCl3192 ZigBee芯片節(jié)點(diǎn)，1個(gè)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其余3個(gè)作為傳感器節(jié)點(diǎn)。
測試方法：網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上電后，4個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮，掃描信道如果搜索到空閑信道后，LED熄滅并加入空閑信道等待。傳感器節(jié)點(diǎn)上電后，4個(gè)LED在掃描信道的同時(shí)，輪詢點(diǎn)亮。當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收到傳感器節(jié)點(diǎn)的Beacon幀后，LED1閃爍一次；當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)收到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的分配地址后，LED1也閃爍一次。至此，組網(wǎng)過程和地址綁定過程完成。
4．2 ZigBee射頻通信測試
測試設(shè)備：ZigBee節(jié)點(diǎn)4個(gè)，計(jì)算機(jī)終端1臺。
測試方法：根據(jù)ZigBee傳輸?shù)膸袷?，?shí)際傳輸總字節(jié)數(shù)為(n+6)，即(n+6)個(gè)字節(jié)為一個(gè)數(shù)據(jù)包。根據(jù)設(shè)定的軟件參數(shù)，如有數(shù)據(jù)包丟失則丟包數(shù)加1。若接收到數(shù)據(jù)包，則接收數(shù)據(jù)包數(shù)加1，然后與發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)正確則正確包數(shù)加1，反之錯(cuò)誤包數(shù)加1。最后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果，就可以知道數(shù)據(jù)的丟包率和誤包率。4個(gè)節(jié)點(diǎn)組建一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，其中1個(gè)作為網(wǎng)關(guān)，其余3個(gè)節(jié)點(diǎn)作為傳感器節(jié)點(diǎn)。編寫程序設(shè)定：3個(gè)節(jié)點(diǎn)均與網(wǎng)關(guān)通信，計(jì)算機(jī)終端與網(wǎng)關(guān)通過RS232相連，終端設(shè)備軟件記錄從3個(gè)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的情況，節(jié)點(diǎn)工作在2．4 GHz頻段下，傳輸一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，循環(huán)發(fā)送100次。最后取得3個(gè)節(jié)點(diǎn)的測試平均數(shù)作為數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。星形網(wǎng)射頻通信誤碼率測試結(jié)果如表1所列。
實(shí)驗(yàn)分析：在星形網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測試結(jié)果明顯差于單點(diǎn)對單點(diǎn)傳輸方式。這主要是因?yàn)?，在傳輸過程中節(jié)點(diǎn)之間存在一定的頻率干擾和其他干擾。
4．3 功耗測試
在系統(tǒng)工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)下，分別使用萬用表測試網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗情況，測試結(jié)果如表2所列。
結(jié)語
本文分析了IEEE 802．15．4和ZigBee協(xié)議，結(jié)合通信系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的一般開發(fā)原則，在μC／OS-II操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)IEEE802．15．4協(xié)議，選擇合適的軟硬件平臺，著重于軟件支撐平臺的構(gòu)建、軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及通信協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)符合ZigBee規(guī)范的車載星型無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)具有以下的優(yōu)勢：
①系統(tǒng)安裝方便。無線互連使得設(shè)備安裝位置靈活，同時(shí)滿足了系統(tǒng)安裝的自動(dòng)化要求。人們只需要把設(shè)備上電就可以了。該車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)的配置。
②可擴(kuò)展性。把設(shè)備放在車載網(wǎng)關(guān)的覆蓋范圍以內(nèi)，打開設(shè)備電源，節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)。
③網(wǎng)絡(luò)自我修復(fù)能力。如果網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，車載網(wǎng)關(guān)能夠自動(dòng)監(jiān)測到，發(fā)出指令將該設(shè)備復(fù)位并重新入網(wǎng)。
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