一種分布式節能測控網絡的設計

　　4 中繼節點設計

　　中繼節點使用Microchip公司PIC18FF66J60單片機進行局域網協議的處理和上級中心計算機協議的轉發控制，同時使用CC1101與下級的測控基站通信。

　　PIC18F66J60芯片具有嵌入式以太網控制器模塊，是一個完整的以太網連接解決方案，要完全實現介質訪問控制和物理層收發器模塊功能，只需使用2個脈沖變壓器和一些無源器件即可將單片機直接與以太網相連。該單片機內部已經嵌入了TCP／IP協議棧，上電后協議棧自動運行，單片機軟件只需調用相應的TCP／IP處理函數即可。

　　中繼節點的硬件電路如圖5所示，在與局域網通信端，PIC18F66J60單片機的4個以太網專用引腳TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-與網絡變壓器直接相連；在與無線信道通信端，單片機通過SPI引腳與CC1101直接相連。

　　中繼節點采用220 V市電經．AC—DC轉換后供電，沒有節能處理的要求，CC1101不需使用WOR工作模式，處于常開狀態，最大限度的保證通信鏈路的可用性。默認狀態下中繼節點在與測控基站通信的過程中處于被動地位，隨時準備接收測控基站上傳的測量數據幀。

　　中繼節點時工作流程如圖6所示，它不斷監視本區域內的無線基站狀態，只有當發現測控基站測量數據有改變時才向中心計算機轉發數據；同時響應中心計算機發送的控制指令，向本區域內的無線基站轉發。

　　中繼節點使用PIC18F66J60單片機TCP／IP協議棧與中心計算機通信的軟件處理步驟簡介如下。

　　①PIC18F66J60單片機根據中心計算機IP地址向局域網廣播發出地址解析(ARP)包。中心計算機工作在TCPSERVER的模式下，應答中繼節點發送的ARP解析請求，向中繼節點回送MAC地址。相關函數調用為：voidARPResolve(IP ADDR*IPAddr)，發出地址解析包，IPAddr為模塊的IP地址。BOOL ARPIsResolved(IP_ADDR*IPAddr，MAC ADDR*MACAddr)；IPAddr，MACAddr為中心計算機的IP地址與MAC地址。

　　②建立中繼節點與中心計算機的連接，查看連接是否建立與斷開連接。相關函數調用為：TCP_SOCKETTCPConnect(NODE_INFO*remote，TCP_port port)，建立連接。BOOL TCPIsConnected(TCP_sockethTCP)，查看是否建立連接。void TCPDisconnect(TCP_SOCKET hTCP)，斷開連接。

　　③PIC18F66J60單片機檢查網口緩沖區中是否有數據收到，如果有數據，將數據組合成命令幀。函數調用為：BOOL TCPIsGetReady(TCP SOCKET socket)，檢測網口是否收到數據。BOOL TCPGet(TCP_SOCKET、socket，BYTE*byte)，從網口緩沖區中讀出一個字節數據。

　　④當PIC18F66J60單片機需要向中心計算機發送數據時，檢查網口是否做好準備發送數據，如已準備好，直接向網口緩沖區中寫入數據。函數調用為：BOOL TCPIsPutReady(TCP SOCKET socket)，檢查網口是否準備好發送數據。BOOL TCPPut(TCP_SOCKET hTCP，BYTEbyte)，向緩沖區寫入一個字節的注塑機參數。voidTCPFIush(TCP SOCKET hTCP)，將網口緩沖區的全部數據發送出去。

　　5 中心計算機設計

　　中心計算機由應用軟件、數據庫組成，負責管理整個測控網絡系統的測控信息管理。該數據中心主要有以下功能：

　　①網絡拓撲結構的修改，可以在網絡中增加或刪除中繼節點或測控基站；

　　②與中繼節點或測控基站進行通信，查詢運行狀態，發出動作指令，完成運行維護管理；

　　③與中繼節點或測控基站進行通信，讀取測控基站測量數據，進行測量信息的管理；

　　④各種統計和查詢；

　　⑤數據維護。

　　結語

　　按上述設計方案研制成的分布式測控網絡系統，在智能樓宇項目中得到成功應用。測控網絡系統利用樓宇中廣泛存在的網絡接口，在總控室設置一臺中心主控計算機，在每一層設置一個中繼節點，它們之間通過網線互連，不需重新布線，大大節約了工程成本。另外，在每一樓層各個房間安裝一個測控基站，每層的測控基站只與同層的中繼節點聯系，實現了對每個房間的智能化管理。測控終端與中繼節點間通信速率為250 kbps，傳輸帶寬滿足大部分的日常測量、控制信息的通信要求；測控終端使用2節普通5號干電池供電，電量足夠一年使用，維護成本極低。

　　對測控網絡系統的技術方案稍加修改，如中繼節點與中心計算機間使用GPRS無線通信，該測控網絡系統即可應用于野外無人值守測控系統，或者是電力計費、管理系統。無線測控網絡系統具有構建成本低、易維護、通信性能高等優點，在分布式測控領域具備良好的應用前景。