ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的振動(dòng)數據采集系統設計

3 軟件設計
EM916x核心板預裝了Win CE實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，支持包括MFC在內的各種典型的Windows應用程序框架，可以方便地使用Embedded Visual C++開(kāi)發(fā)各種應用程序。CC2430開(kāi)發(fā)套件自帶了完整的ZigBee協(xié)議棧，使用IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境對協(xié)議棧工程文件進(jìn)行管理，可以查看并修改整個(gè)協(xié)議棧的任意層源代碼。因此，軟件設計分為兩部分：Win CE下的應用程序設計和ZigBee協(xié)議棧的添加與修改。
3.1 Win CE應用程序設計
應用程序駐留在EM916x核心板中，主要功能是負責打開(kāi)連接協(xié)調器的串口，設置串口通信參數；初始化ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，查詢(xún)并返回網(wǎng)絡(luò )狀況，如是否建立成功、各種節點(diǎn)的狀態(tài)及數目等；監視串口接收協(xié)調器發(fā)來(lái)的數據幀；解碼數據幀讀取傳感器數值，并由EM916x核心板的調試串口打印出來(lái)。應用程序流程如圖4(a)所示。

3.2 ZigBee協(xié)議棧修改
ZigBee協(xié)議棧完成了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )初始化的絕大部分功能，代碼修改應謹慎對待。使用IAR集成開(kāi)發(fā)工具打開(kāi)ZigBee2006協(xié)議棧工程，找到ZMain工程目錄。打開(kāi)后可以看到這是協(xié)議棧的主函數目錄，包括入口函數和硬件配置文件，在這里便可以添加自定的應用函數。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中三種節點(diǎn)的功能各不相同。協(xié)調器負責初始化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，等待子節點(diǎn)的入網(wǎng)，并接收子節點(diǎn)的數據幀，通過(guò)串口發(fā)送到主機，程序流程如圖4（b）所示。路由器與終端節點(diǎn)添加的應用函數功能相同，首先搜尋ZigBee網(wǎng)絡(luò )，并向網(wǎng)絡(luò )中的協(xié)調器或路由器申請加入網(wǎng)絡(luò )；初始化定時(shí)計數器，允許中斷，對振動(dòng)傳感器的輸入方波進(jìn)行計數，定時(shí)向父節點(diǎn)（即允許其入網(wǎng)的節點(diǎn)）發(fā)送計數值，圖4(c)為路由節點(diǎn)和終端節點(diǎn)的程序流程圖。路由器與終端節點(diǎn)只要在下載前選擇編譯即可。
4 系統仿真
仿真軟件使用Lab View編寫(xiě)，仿真界面如圖5所示。左側用于選擇ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器與核心板相連接的串口號、波特率及控制按鈕；右上部顯示的是終端節點(diǎn)采集到的振動(dòng)數值，包括節點(diǎn)發(fā)送數值時(shí)間、節點(diǎn)編號、當前發(fā)送振動(dòng)計數值及上一次發(fā)送的計數值。右下方為某個(gè)終端節點(diǎn)在一定時(shí)段內振動(dòng)計數的波形圖，節點(diǎn)選擇在左下方的“奶牛編號”(原項目名稱(chēng))。圖5所顯示的是將傳感器套掛在奶牛脖子上實(shí)地采集到的振動(dòng)數據。

通過(guò)現場(chǎng)實(shí)驗證明，利用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )構建的數據采集系統具有非常好的準確性與實(shí)時(shí)性，而在擁有多個(gè)路由節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )中，ZigBee網(wǎng)絡(luò )能夠得到非常大的延伸。通過(guò)實(shí)驗也發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題：當終端節點(diǎn)與地面的距離太近，大約小于30 cm時(shí)，節點(diǎn)與協(xié)調器之間的通信可靠性及通信距離大為降低，越接近地面，可靠通信距離就越短。后期采用的解決辦法是增大無(wú)線(xiàn)信號的發(fā)射功率，此時(shí)通信距離有所改觀(guān)，但這并不是一個(gè)好辦法，發(fā)射功率的增大意味著(zhù)節點(diǎn)的電池壽命將縮短。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，其應用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛，如數字家庭中的自動(dòng)抄表系統、室內無(wú)線(xiàn)定位及動(dòng)物遠程監控等。本文中無(wú)線(xiàn)振動(dòng)數據采集系統的傳感器如果設計成諸如自動(dòng)抄表器、無(wú)線(xiàn)定位引擎等，便可應用于各種不同的場(chǎng)合。