無線傳感器網絡節點的硬件平臺可擴展研究
加入技術交流群
控制MCU負責和多個數據檢測及處理模塊進行通信，主要實現數據通信和尋址。也負責和無線通信模塊通信，包括將采集得到的數據通過無線通信模塊發送出去或接收其他節點發送過來的數據。控制MCU主要是控制和調度各模塊的工作，其I2C地址是預先設定并已知的。在設計中，可采用MSP430F5438單片機作為主控MCU。使用I2C接口來連接控制MCU和多個數據檢測及處理模塊，彼此之間的連線，只有電源線、地線、時鐘線和數據線4根線，可以實現觸發、尋址和數據傳輸。這樣的一個接口上可以掛接多個模塊，支持多主工作，而且它們都是即插即用的。每個檢測模塊可以測量幾種物理量，當實際需要實現多種功能時，可以掛接多個這樣的模塊來達到要求，實現節點的可擴展。
3 接口的數據格式
每個數據檢測及處理模塊只有掛接在I2C接口下時，才能獲得電源。當檢測模塊插上去之后，首先檢測模塊將自己作為主機發送自己的I2C地址給控制MCU，這樣控制MCU將知道掛接在總線接口上的每個檢測模塊的地址，當它需要與某個檢測模塊通信時，可以通過該地址進行尋址。檢測模塊同樣可以對控制MCU發起中斷。I2C協議允許總線上接入多個器件，并支持多主工作，由于I2C總線具有總線仲裁機制，所以總線永遠只有一對主機和從機在進行通信，不會引起錯亂。而且I2C總線的應答機制也可以保證進行穩定的數據傳輸。每個檢測模塊的傳感微處理器的狀態圖如圖4所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/156501.htm
數據傳輸遵循I2C協議，其數據格式采用面向對象消息的方法，使用基本類的ID和實例ID來組成對象檢測模塊ID，分析數據時可以明白數據針對的是哪個檢測模塊。而控制MCU的類ID和實例ID均設置為0。具體的數據對象消息格式如圖5所示。
字節0為除去自身外的整個對象消息的字節總數。一般該數值不超過255。當一個對象消息的長度超過255時，須將整個消息切耕成多個字節數小于255具有同樣格式的子幀，字節1為幀協議位，用來說明子幀的情況。字節2，3為類的ID號，可以定義多個不同屬性的基本類。字節4，5為具體對象即檢測模塊的ID號，可以在基本類上實現多種不同的對象，具有自身獨特的屬性和功能。字節6，7為功能命令，比如對某個通道進行采集。后面的字節為數據部分，比如采集得到的傳感器數據和單位等。當數據部分的長度不是16位的倍數時，將在最后加一個字節去填補，使其長度為16位的倍數，但該字節的內容是毫無意義的，也不計入消息的長度中，只是為了方便數據的傳送。具有對象消息格式的
數據可以在任何接口之間進行發送，由于數據包具有對象的具體ID，所以接收方能夠知道數據包針對的對象。因此無論在控制MCU與傳感微處理器之間是使用I2C接口，還是使用SPI接口，以及在主控MCU與無線通信模塊的SPI接口之間，這樣的數據格式都將能夠很好的對數據進行處理。
4 結語
無線傳感器網絡節點的分布式體系結構設計改變了節點的傳統結構，其軟硬件實現了數據檢測及處理模塊的即插即用，并且在一個I2C接口下面，可以掛接多個這樣的模塊，支持多主工作，使得整個節點的功能更加完善。節點各個模塊之間相互分工，彼此之間獨立工作，通過標準接口進行通信，數據格式標準化，達到多智能體結構，實際應用中可以根據需求來進行自由配置，高效靈活地針對不同應用實現新的硬件系統，實現節點硬件平臺的可擴展。
評論