無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的硬件平臺可擴展研究
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控制MCU負責和多個(gè)數據檢測及處理模塊進(jìn)行通信，主要實(shí)現數據通信和尋址。也負責和無(wú)線(xiàn)通信模塊通信，包括將采集得到的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)送出去或接收其他節點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數據?？刂芃CU主要是控制和調度各模塊的工作，其I2C地址是預先設定并已知的。在設計中，可采用MSP430F5438單片機作為主控MCU。使用I2C接口來(lái)連接控制MCU和多個(gè)數據檢測及處理模塊，彼此之間的連線(xiàn)，只有電源線(xiàn)、地線(xiàn)、時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)4根線(xiàn)，可以實(shí)現觸發(fā)、尋址和數據傳輸。這樣的一個(gè)接口上可以?huà)旖佣鄠€(gè)模塊，支持多主工作，而且它們都是即插即用的。每個(gè)檢測模塊可以測量幾種物理量，當實(shí)際需要實(shí)現多種功能時(shí)，可以?huà)旖佣鄠€(gè)這樣的模塊來(lái)達到要求，實(shí)現節點(diǎn)的可擴展。
3 接口的數據格式
每個(gè)數據檢測及處理模塊只有掛接在I2C接口下時(shí)，才能獲得電源。當檢測模塊插上去之后，首先檢測模塊將自己作為主機發(fā)送自己的I2C地址給控制MCU，這樣控制MCU將知道掛接在總線(xiàn)接口上的每個(gè)檢測模塊的地址，當它需要與某個(gè)檢測模塊通信時(shí)，可以通過(guò)該地址進(jìn)行尋址。檢測模塊同樣可以對控制MCU發(fā)起中斷。I2C協(xié)議允許總線(xiàn)上接入多個(gè)器件，并支持多主工作，由于I2C總線(xiàn)具有總線(xiàn)仲裁機制，所以總線(xiàn)永遠只有一對主機和從機在進(jìn)行通信，不會(huì )引起錯亂。而且I2C總線(xiàn)的應答機制也可以保證進(jìn)行穩定的數據傳輸。每個(gè)檢測模塊的傳感微處理器的狀態(tài)圖如圖4所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/156501.htm
數據傳輸遵循I2C協(xié)議，其數據格式采用面向對象消息的方法，使用基本類(lèi)的ID和實(shí)例ID來(lái)組成對象檢測模塊ID，分析數據時(shí)可以明白數據針對的是哪個(gè)檢測模塊。而控制MCU的類(lèi)ID和實(shí)例ID均設置為0。具體的數據對象消息格式如圖5所示。
字節0為除去自身外的整個(gè)對象消息的字節總數。一般該數值不超過(guò)255。當一個(gè)對象消息的長(cháng)度超過(guò)255時(shí)，須將整個(gè)消息切耕成多個(gè)字節數小于255具有同樣格式的子幀，字節1為幀協(xié)議位，用來(lái)說(shuō)明子幀的情況。字節2，3為類(lèi)的ID號，可以定義多個(gè)不同屬性的基本類(lèi)。字節4，5為具體對象即檢測模塊的ID號，可以在基本類(lèi)上實(shí)現多種不同的對象，具有自身獨特的屬性和功能。字節6，7為功能命令，比如對某個(gè)通道進(jìn)行采集。后面的字節為數據部分，比如采集得到的傳感器數據和單位等。當數據部分的長(cháng)度不是16位的倍數時(shí)，將在最后加一個(gè)字節去填補，使其長(cháng)度為16位的倍數，但該字節的內容是毫無(wú)意義的，也不計入消息的長(cháng)度中，只是為了方便數據的傳送。具有對象消息格式的
數據可以在任何接口之間進(jìn)行發(fā)送，由于數據包具有對象的具體ID，所以接收方能夠知道數據包針對的對象。因此無(wú)論在控制MCU與傳感微處理器之間是使用I2C接口，還是使用SPI接口，以及在主控MCU與無(wú)線(xiàn)通信模塊的SPI接口之間，這樣的數據格式都將能夠很好的對數據進(jìn)行處理。
4 結語(yǔ)
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的分布式體系結構設計改變了節點(diǎn)的傳統結構，其軟硬件實(shí)現了數據檢測及處理模塊的即插即用，并且在一個(gè)I2C接口下面，可以?huà)旖佣鄠€(gè)這樣的模塊，支持多主工作，使得整個(gè)節點(diǎn)的功能更加完善。節點(diǎn)各個(gè)模塊之間相互分工，彼此之間獨立工作，通過(guò)標準接口進(jìn)行通信，數據格式標準化，達到多智能體結構，實(shí)際應用中可以根據需求來(lái)進(jìn)行自由配置，高效靈活地針對不同應用實(shí)現新的硬件系統，實(shí)現節點(diǎn)硬件平臺的可擴展。
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