車載無線傳感器網絡監測系統設計方案2
加入技術交流群
本系統最終目的是將采集到的車載傳感器數據實時地傳送到主機，并在主機中得到顯示和保存。顯示的目的是獲得被車載傳感器節點所監控環境的初步情況，保存的目的是作為深入分析的數據樣本。除此以外，作為整個系統的主控方和數據采集請求的發起者，需要能夠按照要求發送數據請求信號。根據以上要求，在VB環境下開發了一個基于對話框的應用程序。這個應用程序包括了4個模塊：
①實時數據顯示波形模塊。該模塊的作用是將節點的數據以波形的形式實時地進行顯示，實現的方式是利用MSChart和Timer控件。
②拓撲顯示模塊。當用戶希望了解無線傳感器網絡的拓撲構建情況時，可以查看拓撲信息欄，了解網絡中節點的加入和丟失情況。
③歷史數據顯示模塊。在車載網絡系統運行到一定時期，可能需要對過去某一段時間的原始數據進行后續的處理與深入的分析，以便對車載系統的狀況進行準確的判定。借助歷史數據顯示模塊，可以將監控中心從車載網關中得到的數據，按照不同節點的屬性、地址和時間分別保存到數據庫的相應字段中，并可以通過波形圖的方式將歷史數據顯示出來，供用戶分析。
④控制模塊。在車載系統運行過程中可能關心某一個車載傳感器節點的數值，或者需要對某一個傳感器進行閾值設置，以便待監測的環境出現異常情況可以及時地報告給系統。這些都可以通過控制模塊對系統進行相應的設置，控制模塊還可以對系統中的某個不需要的節點進行刪除操作。
總之，通過主機監控軟件用戶可以直觀且多方面地對通用無線傳感器網絡系統進行了解和使用。
4 測試與驗證
4．1 組網測試
測試設備：4個MCl3192 ZigBee芯片節點，1個作為網關節點，其余3個作為傳感器節點。
測試方法：網關節點上電后，4個LED同時點亮，掃描信道如果搜索到空閑信道后，LED熄滅并加入空閑信道等待。傳感器節點上電后，4個LED在掃描信道的同時，輪詢點亮。當網關節點收到傳感器節點的Beacon幀后，LED1閃爍一次；當傳感器節點收到網關節點的分配地址后，LED1也閃爍一次。至此，組網過程和地址綁定過程完成。
4．2 ZigBee射頻通信測試
測試設備：ZigBee節點4個，計算機終端1臺。
測試方法：根據ZigBee傳輸的幀格式，實際傳輸總字節數為(n+6)，即(n+6)個字節為一個數據包。根據設定的軟件參數，如有數據包丟失則丟包數加1。若接收到數據包，則接收數據包數加1，然后與發送數據進行比較，若數據正確則正確包數加1，反之錯誤包數加1。最后統計數據結果，就可以知道數據的丟包率和誤包率。4個節點組建一個ZigBee網絡，其中1個作為網關，其余3個節點作為傳感器節點。編寫程序設定：3個節點均與網關通信，計算機終端與網關通過RS232相連，終端設備軟件記錄從3個節點接收數據的情況，節點工作在2．4 GHz頻段下，傳輸一個字節的數據，循環發送100次。最后取得3個節點的測試平均數作為數據結果進行分析。星形網射頻通信誤碼率測試結果如表1所列。
實驗分析：在星形網絡中進行數據傳輸，測試結果明顯差于單點對單點傳輸方式。這主要是因為，在傳輸過程中節點之間存在一定的頻率干擾和其他干擾。
4．3 功耗測試
在系統工作狀態和休眠狀態下，分別使用萬用表測試網關節點和傳感器節點的功耗情況，測試結果如表2所列。
結語
本文分析了IEEE 802．15．4和ZigBee協議，結合通信系統和嵌入式系統的一般開發原則，在μC／OS-II操作系統上實現IEEE802．15．4協議，選擇合適的軟硬件平臺，著重于軟件支撐平臺的構建、軟件總體結構設計以及通信協議棧的實現，最終實現了一個符合ZigBee規范的車載星型無線數據采集網絡。該系統具有以下的優勢：
①系統安裝方便。無線互連使得設備安裝位置靈活，同時滿足了系統安裝的自動化要求。人們只需要把設備上電就可以了。該車載網絡系統能夠自動完成網絡的配置。
②可擴展性。把設備放在車載網關的覆蓋范圍以內，打開設備電源，節點將自動加入網絡。
③網絡自我修復能力。如果網絡中某個設備出現故障，車載網關能夠自動監測到，發出指令將該設備復位并重新入網。
評論