用于環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

當(dāng)匯聚節(jié)點接收到串口數(shù)據(jù)時，匯聚節(jié)點會觸發(fā)自身應(yīng)用層的串口事件，用于解析發(fā)送過來的命令消息，然后根據(jù)該命令來觸發(fā)相應(yīng)的事件進(jìn)行處理。

休眠設(shè)置 #e#

3.4 休眠設(shè)置

實驗證實，節(jié)點在休眠過程中處于斷網(wǎng)狀態(tài)。因此，為節(jié)省節(jié)點頻繁聯(lián)網(wǎng)帶來的功耗和保證全網(wǎng)節(jié)點工作狀態(tài)同步，在軟件上設(shè)計為節(jié)點在聯(lián)網(wǎng)成功后只執(zhí)行通信任務(wù)，而休眠過程中只執(zhí)行采集任務(wù)。當(dāng)節(jié)點采集時刻到來，觸發(fā)采集事件，打開傳感器的開關(guān)對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并控制I/O口對傳感器采集得到的信號進(jìn)行A/D采樣，最后將采樣值以SPI方式存入外部存儲器。在每次通信結(jié)束之前節(jié)點都會判斷是否有休眠設(shè)置命令，若接收到休眠設(shè)置命令，節(jié)點則會按照該設(shè)置進(jìn)行休眠，直到下一次醒來;若沒接收到命令，節(jié)點則會按照上一次的休眠設(shè)置進(jìn)行休眠。

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器通過串口向匯聚節(jié)點發(fā)送的休眠設(shè)置命令的數(shù)據(jù)幀格式如表1所列。

Sleeping_Time表示節(jié)點要休眠的時間;Collecting_Time表示節(jié)點在休眠過程中的采集時間間隔;Current_Time是當(dāng)前的校準(zhǔn)時間;Sensor_Flag表示傳感器開關(guān)的標(biāo)志。休眠過程中到達(dá)采集時刻，進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、采樣和存儲。向采集節(jié)點發(fā)送當(dāng)前的校準(zhǔn)時間，保證節(jié)點采集時刻精確和時間的同步。同時，傳感器的開關(guān)標(biāo)志位可以控制打開或關(guān)閉哪幾路傳感器，采集用戶感興趣的環(huán)境數(shù)據(jù)。到達(dá)休眠時刻，節(jié)點醒來，連接網(wǎng)絡(luò)。

3.5 充 電

為保證鎳氫電池對節(jié)點長期供電，節(jié)點硬件電路設(shè)計了1個充電控制電路對其進(jìn)行充電管理。CC2430專門提供1個I/O口對供電電壓進(jìn)行A/D采樣。當(dāng)供電的電源電壓不足時(即低于設(shè)定的值)，在軟件上會通過切換先讓另一組電源對節(jié)點進(jìn)行供電，再打開太陽能的充電電路對電源充電。節(jié)點在通信和采集數(shù)據(jù)時功耗很大，因此在每一次通信和采集數(shù)據(jù)完成之后都會檢測當(dāng)前供電電壓值和當(dāng)前的充電電壓值，根據(jù)2個電壓值決定要不要進(jìn)行電源切換、是否對電源進(jìn)行供電以及充電是否完成。

3.6 異常處理

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點在工作時可能出現(xiàn)一些異常，因此要對這些異常作糾錯處理，以保證節(jié)點的正常工作。

(1)新加入節(jié)點的異步

在全網(wǎng)節(jié)點處于休眠狀態(tài)時，若有新的節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，為保證其網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和其他節(jié)點同步，新加入的節(jié)點在搜索不到網(wǎng)絡(luò)時會按照默認(rèn)的休眠設(shè)置進(jìn)行休眠。休眠醒來繼續(xù)搜索網(wǎng)絡(luò)。以此循環(huán)直到搜索到網(wǎng)絡(luò)。

(2)數(shù)據(jù)出錯

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)器通過串口獲得的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行校驗處理，若校驗出錯，則拋棄該數(shù)據(jù)包，命令匯聚節(jié)點重發(fā)數(shù)據(jù)。

(3)無應(yīng)答

匯聚節(jié)點對某一采集節(jié)點發(fā)送上傳數(shù)據(jù)的請求命令，若該節(jié)點在規(guī)定時間內(nèi)沒有作出響應(yīng)，匯聚節(jié)點會默認(rèn)該節(jié)點被拋棄，它將向下一個節(jié)點發(fā)送上傳數(shù)據(jù)的請求。

(4)無確認(rèn)

匯聚節(jié)點收到采集節(jié)點的數(shù)據(jù)后都會向該節(jié)點發(fā)送一個確認(rèn)的消息，表示數(shù)據(jù)已經(jīng)收到。而采集節(jié)點會根據(jù)有沒有接收到確認(rèn)消息決定數(shù)據(jù)要不要重發(fā)。

結(jié) 語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件設(shè)計很大程度上決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和長久性。任務(wù)調(diào)度機(jī)制和異常處理決定系統(tǒng)在工作時處于穩(wěn)定的狀態(tài)，而節(jié)點的充電管理系統(tǒng)保證了節(jié)點長期工作的能源供應(yīng)。系統(tǒng)可以按照用戶需要，在野外大量、準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)。本設(shè)計可用于在無人值守情況下長期監(jiān)測某一區(qū)域的環(huán)境信息，有著廣闊的應(yīng)用前景。