基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的CAN總線(xiàn)互聯(lián)

TinyOS是基于一種組件架構方式的開(kāi)源的嵌入式操作系統，一個(gè)應用程序可以通過(guò)連接配置文件(a wiring specification)將各種組件連接起來(lái)，以完成它所需要的功能。TinyOS的應用程序都是基于事件驅動(dòng)模式的，采用事件觸發(fā)去喚醒傳感器工作。tasks一般用在對于時(shí)間要求不是很高的應用中，且tasks之間是平等的，即在執行時(shí)是按先后順序，一般為了減少tasks的運行時(shí)間，要求每一個(gè)task都很短小，能夠使系統的負擔較輕；events一般用在對于時(shí)間要求很?chē)栏竦膽弥?，而且它可以?xún)?yōu)先于tasks和其他events執行，可以被一個(gè)操作完成或是來(lái)自外部環(huán)境的事件觸發(fā)，在TinyOS中一般由硬件中斷處理來(lái)驅動(dòng)事件。在TinyOS中由于tasks之間不能互相占先執行，所以TinyOS沒(méi)有提供任何阻塞操作，為了讓一個(gè)耗時(shí)較長(cháng)的操作盡快完成，一般都是將對這個(gè)操作的需求及其完成分開(kāi)來(lái)實(shí)現，以便獲得較高的執行效率。由于在Tiny-OS中沒(méi)有進(jìn)程管理的概念，它對任務(wù)是按簡(jiǎn)單的FIFO隊列進(jìn)行處理的，對資源采取預先分配，且這個(gè)隊列里最多只能有7個(gè)未解決的任務(wù)。我們設計時(shí)，主要處理三類(lèi)事件，即串口接收數據事件、無(wú)線(xiàn)接收數據事件和定時(shí)器事件。

①串口接收數據事件。每次節點(diǎn)從串口接收到一個(gè)字節的數據將觸發(fā)該事件。對于信息采集任務(wù)來(lái)說(shuō)，其信息是定時(shí)采集的。同時(shí)，CAN總線(xiàn)的速率遠遠大于無(wú)線(xiàn)傳輸的速率。因此，在節點(diǎn)開(kāi)辟了一段較大的緩存區，對CAN總線(xiàn)傳過(guò)來(lái)的數據進(jìn)行緩存。該緩存區的大小取決于無(wú)線(xiàn)傳輸的速率以及CAN總線(xiàn)在一個(gè)定時(shí)采集周期的數據量大小。假設無(wú)線(xiàn)傳輸的速率為V、緩存區大小為Mem、采集周期為T(mén)、每個(gè)采集周期的數據量為Data，注意V為傳輸有效數據的速率，即要去掉協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)以及管理和控制開(kāi)銷(xiāo)，則至少滿(mǎn)足V×T≥Data，Mem≥Data。為提高無(wú)線(xiàn)傳輸的效率，不是每次從串口接受到一個(gè)字節就從無(wú)線(xiàn)接口發(fā)走，而是每次緩存的字節數達到無(wú)線(xiàn)傳輸一個(gè)數據包的大小時(shí)，啟動(dòng)任務(wù)一UARTRcvdTask。這種采用任務(wù)的方式進(jìn)行實(shí)際的無(wú)線(xiàn)數據傳輸可以避免阻塞其他event事件。

②無(wú)線(xiàn)接受數據事件。每次節點(diǎn)從無(wú)線(xiàn)接口接受到一個(gè)數據包將觸發(fā)該事件。事件處理程序主要從協(xié)議數據包中獲取傳輸數據，并且緩存于接受緩存區，具體地怎么處理無(wú)線(xiàn)接受的數據的工作，通過(guò)啟動(dòng)任務(wù)――RadioRcvdTask來(lái)完成，以避免阻塞其他event事件。

③定時(shí)器事件。該事件定時(shí)觸發(fā)。該事件處理程序主要定時(shí)判斷串口接受數據緩存區是否有數據，如果有的話(huà)，則啟動(dòng)任務(wù)――UARTRcvdTask，以避免到串口收到的數據不足一個(gè)協(xié)議數據包時(shí)，會(huì )長(cháng)期滯留在串口接受數據緩存區中。

4 性能分析和實(shí)驗

整個(gè)系統的性能主要取決于無(wú)線(xiàn)傳輸的速率。無(wú)線(xiàn)CC1000使用頻率為14.745 MHz的晶振作為驅動(dòng)，在該驅動(dòng)下面CC1000可以提供的最大數據傳輸率為19.2 KB／s?？紤]無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議消耗，無(wú)線(xiàn)傳輸數據報的格式如下：

其中TOSH_DATA_LENGTH=29，故協(xié)議的理論有效數據比率約為70％。同時(shí)，為提高無(wú)線(xiàn)傳輸的效率，不是每次從串口接受到一個(gè)字節就從無(wú)線(xiàn)接口發(fā)走，而是每次緩存的字節數達到無(wú)線(xiàn)傳輸一個(gè)數據包的大小時(shí)，才啟動(dòng)發(fā)送任務(wù)，故無(wú)線(xiàn)有效傳輸速率約為13.4 KB／s,，對于本系統應用來(lái)說(shuō)，CAN總線(xiàn)的采樣周期為10 s，每次采樣數據為1 K數據。雖然，CAN總線(xiàn)速率相對來(lái)說(shuō)較高，但是通過(guò)緩存完全可以滿(mǎn)足需求。在性能測試中，該系統持續運行20多個(gè)小時(shí)，收發(fā)均無(wú)問(wèn)題。

5 結 論

本文基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )給出一種連接CAN總線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通道設計，主要包括CAN總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入控制模塊電路設計以及無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的通信協(xié)議設計等內容。目前，該系統已經(jīng)實(shí)現，實(shí)際使用效果良好。本文內容對于一般的信息采集無(wú)線(xiàn)傳輸系統設計具有較好的借鑒意義。