基于無線通信的溫度監測系統的設計

摘要:通過對單片機技術和無線傳感器網絡技術的研究，介紹了一種具有分層結構的無線通信的溫度監測系統， 并設計了基于這種分層結構的通信協議，給出了系統的硬件結構和軟件設計。應用結果表明，系統可以廣泛應用在需要溫度監測的領域。

　　1　引言

　　溫度與人們的生產生活密切相關，需要對溫度監測的場合非常多。傳統的有線測溫方式存在著布線復雜，線路容易老化等問題。無線測溫技術與有線測溫技術相比，有成本低、攜帶方便、搭建網絡簡單快捷等特點，特別是在有線網絡不通暢或由于現場環境因素的限制不便架設線路的情況下，使用無線通信技術進行溫度監測顯得更加實用、快捷。

　　無線傳感器網絡技術在21世紀有了很大的發展，典型的傳感器網絡是指由大量同構的、微小的、資源受限的、基本不動的傳感器節點隨機分布在被測量區域形成的大規模的、自組織的、多跳的、未分割的網絡。

　　而在一些場合我們并不需要構建大規模的、自組織的網絡，結合無線傳感器網絡的特點，本文提出了一種具有分層結構的無線通信的溫度監測系統，并給出了這種分層結構的通信協議，該系統吸取了無線傳感器網絡的特點同時又不需要考慮傳感器網絡的自組織建網，降低了功耗。

　　2　系統的組成結構

　　參照無線傳感器網絡中的分簇結構，以降低功耗為目的，本文提出了具有兩層結構的基于無線通信的溫度監測系統，系統由大量的無線傳感器節點、二級節點和一個主節點組成。系統結構如圖1所示，主節點M相當于無線傳感器網絡中的一級簇首，同時又是主控節點。1、2、……、N相當于無線傳感器網絡中的二級簇首，文中稱為二級節點，A1、A2、……、Am為二級節點1的子節點， B1、B2、……、Bm為二級節點2的子節點， N1、N2等為二級節點N的子節點等等。分布在傳感器網絡中的簇首節點主要用于接收傳感器節點的數據上報，并將其進行融合處理。本系統的主控節點M沒有能量限制，主要負責收集和協調各個子節點的數據，并將其處理后上傳給監控主機。二級節點主要負責收集各個傳感器子節點的數據，并且負責接收和下發主控節點的命令，在整個結構起中轉的作用。傳感器子節點帶有射頻收發器主要用于溫度的采集和傳輸。為了節約能耗，底層傳感器節點工作在睡眠- 偵聽模式，只有收到二級節點的數據請求命令才傳送數據。

圖1　系統結構

　　主控節點通過串口與監控計算機通信，各二級節點要放到與主控節點距離較近的位置，傳感器子節點隨機放置。本系統射頻傳輸成本低，功耗小，采用兩層結構的通信方案，能夠滿足較遠距離的溫度監測。