基于無(wú)線(xiàn)通信的溫度監測系統的設計

摘要:通過(guò)對單片機技術(shù)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的研究，介紹了一種具有分層結構的無(wú)線(xiàn)通信的溫度監測系統， 并設計了基于這種分層結構的通信協(xié)議，給出了系統的硬件結構和軟件設計。應用結果表明，系統可以廣泛應用在需要溫度監測的領(lǐng)域。

　　1　引言

　　溫度與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，需要對溫度監測的場(chǎng)合非常多。傳統的有線(xiàn)測溫方式存在著(zhù)布線(xiàn)復雜，線(xiàn)路容易老化等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)與有線(xiàn)測溫技術(shù)相比，有成本低、攜帶方便、搭建網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)單快捷等特點(diǎn)，特別是在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不通暢或由于現場(chǎng)環(huán)境因素的限制不便架設線(xiàn)路的情況下，使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)行溫度監測顯得更加實(shí)用、快捷。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在21世紀有了很大的發(fā)展，典型的傳感器網(wǎng)絡(luò )是指由大量同構的、微小的、資源受限的、基本不動(dòng)的傳感器節點(diǎn)隨機分布在被測量區域形成的大規模的、自組織的、多跳的、未分割的網(wǎng)絡(luò )。

　　而在一些場(chǎng)合我們并不需要構建大規模的、自組織的網(wǎng)絡(luò )，結合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，本文提出了一種具有分層結構的無(wú)線(xiàn)通信的溫度監測系統，并給出了這種分層結構的通信協(xié)議，該系統吸取了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)同時(shí)又不需要考慮傳感器網(wǎng)絡(luò )的自組織建網(wǎng)，降低了功耗。

　　2　系統的組成結構

　　參照無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的分簇結構，以降低功耗為目的，本文提出了具有兩層結構的基于無(wú)線(xiàn)通信的溫度監測系統，系統由大量的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)、二級節點(diǎn)和一個(gè)主節點(diǎn)組成。系統結構如圖1所示，主節點(diǎn)M相當于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的一級簇首，同時(shí)又是主控節點(diǎn)。1、2、……、N相當于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的二級簇首，文中稱(chēng)為二級節點(diǎn)，A1、A2、……、Am為二級節點(diǎn)1的子節點(diǎn)， B1、B2、……、Bm為二級節點(diǎn)2的子節點(diǎn)， N1、N2等為二級節點(diǎn)N的子節點(diǎn)等等。分布在傳感器網(wǎng)絡(luò )中的簇首節點(diǎn)主要用于接收傳感器節點(diǎn)的數據上報，并將其進(jìn)行融合處理。本系統的主控節點(diǎn)M沒(méi)有能量限制，主要負責收集和協(xié)調各個(gè)子節點(diǎn)的數據，并將其處理后上傳給監控主機。二級節點(diǎn)主要負責收集各個(gè)傳感器子節點(diǎn)的數據，并且負責接收和下發(fā)主控節點(diǎn)的命令，在整個(gè)結構起中轉的作用。傳感器子節點(diǎn)帶有射頻收發(fā)器主要用于溫度的采集和傳輸。為了節約能耗，底層傳感器節點(diǎn)工作在睡眠- 偵聽(tīng)模式，只有收到二級節點(diǎn)的數據請求命令才傳送數據。

圖1　系統結構

　　主控節點(diǎn)通過(guò)串口與監控計算機通信，各二級節點(diǎn)要放到與主控節點(diǎn)距離較近的位置，傳感器子節點(diǎn)隨機放置。本系統射頻傳輸成本低，功耗小，采用兩層結構的通信方案，能夠滿(mǎn)足較遠距離的溫度監測。