車(chē)載無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監測系統設計

摘要：基于IEEE 802．15．4和ZigBee標準實(shí)現了一個(gè)車(chē)載無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )監測系統。借助通用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，為車(chē)載系統擴展了監控范圍和監控功能，實(shí)現了車(chē)載設備狀態(tài)的數據采集和狀態(tài)監視，以及必要的設備控制、拓撲控制、拓撲查詢(xún)等功能。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；監測系統；MC9S08GB60；MC13192

引言
為了滿(mǎn)足人們對車(chē)載安全性、操控性以及舒適性的要求，車(chē)載上集成了越來(lái)越多的電子系統。目前，汽車(chē)電子設備廣泛采用16位或32位微處理器進(jìn)行控制。本文基于IEEE 802．15．4和ZigBee標準的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )構建車(chē)載監測系統，設計實(shí)現更加優(yōu)化的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，逐步實(shí)現車(chē)載系統的網(wǎng)絡(luò )化、智能化和可控性，以提，高車(chē)載系統的安全性。

1 系統設計方案
本文在現有的車(chē)載系統上，將數據傳輸的方式擴展為無(wú)線(xiàn)傳輸方式，實(shí)現一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò )的數據采集系統。并能分別將各個(gè)數據采集節點(diǎn)的所獲得的數據傳輸到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過(guò)串口將數據上傳到主機上，在主機中實(shí)現數據的實(shí)時(shí)波形顯示，并以數據庫的方式加以保存，供后續數據處理。該采集系統的應用對象由溫度傳感器、油壓傳感器、轉速傳感器、速度傳感器、電流傳感器、壓力傳感器等傳感器子系統所組成。這樣設計的目的是用一個(gè)監控主機端來(lái)檢測多個(gè)待測目標環(huán)境，考慮到接入的數據吞吐量和軟件系統的復雜程度，采用時(shí)分復用的方式，逐個(gè)對網(wǎng)內的終端采集點(diǎn)進(jìn)行控制采集。
如圖1所示，該車(chē)載系統分3個(gè)部分：車(chē)載監控中心、車(chē)載網(wǎng)關(guān)和車(chē)載傳感器節點(diǎn)。車(chē)載網(wǎng)關(guān)是整個(gè)車(chē)載系統的核心，可以和所有的車(chē)載傳感器節點(diǎn)通信。車(chē)載監控中心可以向車(chē)載網(wǎng)關(guān)發(fā)出控制命令，由車(chē)載網(wǎng)關(guān)將控制命令轉換為射頻信號后發(fā)送給車(chē)載傳感器節點(diǎn)。當車(chē)載傳感器節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)，車(chē)載網(wǎng)關(guān)進(jìn)入數據接收狀態(tài)，并將數據上傳到車(chē)載監控中心作進(jìn)一步處理。此外，車(chē)載傳感器節點(diǎn)之間不能互相通信。監控中心的監控軟件與車(chē)載網(wǎng)關(guān)之間以RS232的接口標準進(jìn)行通信。

車(chē)載傳感器節點(diǎn)的生命周期由活躍期和休眠期構成。節點(diǎn)在活躍期完成數據采集，向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數據，接收并執行網(wǎng)關(guān)命令；在休眠期關(guān)閉無(wú)線(xiàn)射頻模塊以節省能量，直到下一個(gè)活躍期來(lái)臨。系統通過(guò)這種休眠機制來(lái)減少系統的能量消耗，延長(cháng)系統整體壽命。
本系統用PC機作為監控中心，PC機上的監控軟件在VB環(huán)境下開(kāi)發(fā)，是一個(gè)基于對話(huà)框的應用軟件。為了提高通信傳輸模塊的智能化水平，在設計中，它的功能不限于數據的實(shí)時(shí)顯示，所有的數據采集由監控軟件通過(guò)發(fā)送請求信號的方式觸發(fā)?？紤]到原始數據需要進(jìn)行后續的處理與深入的分析，才能對車(chē)載系統的狀況進(jìn)行準確的判定，軟件中還添加了數據文件形式的保存與數據文件回顯功能。
總體上來(lái)講，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的所有節點(diǎn)都受控于主機監控軟件，工作過(guò)程中網(wǎng)絡(luò )的每一個(gè)節點(diǎn)都不需要人為的參與。

2 系統硬件設計
2．1 應用芯片介紹
Freescale公司的MC13192符合IEEE 802．15．4標準，工作頻率是2．405～2．480 GHz，數據傳輸速率為250kbps，采用0-QPSK調試方式。這種功能豐富的雙向2．4 GHz收發(fā)器帶有一個(gè)數據調制解調器，可以在ZigBee技術(shù)應用中使用。它還具有一個(gè)優(yōu)化的數字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執行周期。
主控MCU選用Freescale公司HCS08系列的低功耗、高性能微處理器MC9S08GB60。該處理器具有60 KB的應用可編程Flash、4 KB的RAM、8通道的10位ADC、2個(gè)異步串行通信接口(SCI)、1個(gè)同步串行外部接口(SPI)以及I2C總線(xiàn)模塊，完全能夠滿(mǎn)足車(chē)載網(wǎng)關(guān)和節點(diǎn)對處理器的要求。
2．2 MCl3192與MC9S08GB60的硬件連接
MC13192與MC9S08GB60的硬件連接圖如圖2所示。MC13192的控制和數據傳送依靠4線(xiàn)串行外設接口(SPI)完成，其4個(gè)接口信號分別是MOS-I、MISO、、SPICLK。主控MCU通過(guò)控制信號退出睡眠模式或休眠模式，通過(guò)來(lái)復位收發(fā)器，通過(guò)RXTXEN來(lái)控制數據的發(fā)送和接收，或者強制收發(fā)器進(jìn)入空閑模式。由傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過(guò)MCU的8通道10位ADC轉換后輸入到MCU。MCU通過(guò)SPI口進(jìn)行MC13192的讀寫(xiě)操作，并把傳感器采集的信號經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)MC13192發(fā)射出去。MC13192的中斷通過(guò)IRQ引腳和中斷寄存器來(lái)判斷中斷類(lèi)型。MC908GB60通過(guò)引腳來(lái)控制MC13192進(jìn)入不同的工作模式。對傳感器的控制信號可以從MC13192的天線(xiàn)接收進(jìn)來(lái)，通過(guò)SPI傳送到MCU上，經(jīng)過(guò)MCU的判斷處理后通過(guò)GPIO口傳送到傳感器上，完成對傳感器的控制。同時(shí)，MCU完成MC13192收發(fā)控制和所需要的MAC層操作。