基于MD600G的Internet無線傳感器網絡設計

　　引言

　　隨著微機電系統(MicroElectroMechanism System, MEMS)、片上系統（System on Chip，SoC）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展,無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)也以其低功耗、低成本、分布式和自組織等特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網絡由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡。

　　無線傳感器網絡可連接眾多類型的傳感器，可探測包括地震波、電磁場、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小和速度等。基于 MEMS的微傳感技術和無線互聯網技術為無線傳感器網絡賦予了廣闊的應用前景，在航空、反恐、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域有廣泛的應用。本文以無線溫度傳感器節點和無線數據終端MD600G為例，介紹了基于MD600G的Internet無線傳感器網絡的設計，并給出了對溫度數據的可視化處理等操作的實現。

　　1 基于Internet的無線傳感器網原理

　　1.1 MD600G簡介

　　智能無線數據終端MD600G可以用于數據中心和被監控設備間，實現數據的遠程透明傳輸。MD600G的內部結構如圖1所示，它有如下特點：

①基于ARM平臺、8 MB數據緩存，內置Siemens MC35i GPRS無線模塊；
②嵌入式Linux系統，包含TCP/IP協議棧以及ETCPTM協議，保證傳輸數據不丟失；
③提供獨立RS232配置串口及標準RS232/485數據接口；
④符合電工電子產品低溫GB/T2423.1、高溫GB/T2423.2的要求，適于在氣候條件惡劣的地區及戶外使用；
⑤可以快速連接RTU、PLC、工控機等設備，實現數據透明傳輸，廣泛應用于電力抄表、配電自動化、路燈監控、道路交通等行業。

圖1 MD600G硬件結構圖

　　1.2 無線傳感器網絡

　　由MD600G組成的基于Internet無線傳感器網絡原理圖如圖2所示。

圖2 無線傳感器網絡結構原理圖

　　圖2中的用戶設備是自行開發的溫度傳感器節點。傳感器節點采樣的數據通過RS232/485接口傳送到智能無線數據終端 MD600G，MD600G對接收到的數據通過GPRS與Internet連接并進行無線數據透明傳送，服務器mSever端通過Internet網將接收到的數據生成實時數據庫，同時將這些實時數據以WEB頁的形式動態顯示和跟蹤。

　　1.3 溫度傳感器節點

　　溫度傳感器節點模塊主要由溫度傳感器DS18B20組成，并將其輸出的溫度數據送往單片機，然后單片機將這些數據進行相關處理，最后再送往后續的通信設備，并將溫度數據進行數碼管或液晶屏顯示。這里采用了實時時鐘電路DS1302來實現該系統的實時性。

　　2 軟件設計

　　基于MD600G和Internet的無線傳感器網的軟件包括溫度傳感器節點的軟件設計、MD600G與溫度傳感器節點的串口軟件設計、服務器mSever端與Internet網的數據通信軟件及mSever端溫度數據可視化程序的設計等。

　　2.1 mSever端溫度數據可視化程序設計

　　利用Visual C++強大的編譯器以及網絡與數據庫的處理能力，開發出基于Windows平臺的32位數據可視化應用程序。圖3是mSever端溫度數據可視化程序設計的原理圖。

圖3 可視化界面的設計原理圖

　　以下為可視化界面模塊源碼：

void CDemoView::OnInitialUpdate() {
CView::OnInitialUpdate();
CRect Rect;
GetClientRect(Rect);
m_Plot.Create(WS_CHILD|WS_VISIBLE,Rect,this,12000);
m_Plot.SetSerie(0, PS_SOLID, RGB(255,0,0), 0.0, 40.0, "Temperature");//窗口
m_Plot.SetLegend(0, PS_SOLID, RGB(255,0,0), "Temperature");//背景方框
m_Plot.m_bAutoScrollX=TRUE;
SetTimer(1,1000,NULL);//背景刷新時間
canSize=TRUE;
}

void CDemoView::OnTimer(UINT nIDEvent) {
static BOOL pros={FALSE};
if(!pros) {
pros=TRUE;
CDemoDoc* pDoc="GetDocument"();
ASSERT_VALID(pDoc);
y=pDoc->p.buffer;
m_Plot.AddPoint(0,CTime::GetCurrentTime(),y);
Invalidate();
pros=FALSE;
}
CView::OnTimer(nIDEvent);
}
void CDemoView::OnSize(UINT nType, int cx, int cy) {
CView::OnSize(nType, cx, cy);
if(canSize) {
CRect Rect;
GetClientRect(Rect);
m_Plot.MoveWindow(Rect);
}
}
void CDASocket::OnReceive(int nErrorCode) { //接收數據端的程序
char buff[64];
int ret="0";
ret=Receive(buff,64);//AfxMessageBox("OK");
if(ret==ERROR)
{TRACE("ERROR!");}
else
m_pDoc->Presscessding(buff);
CAsyncSocket::OnReceive(nErrorCode);
}

　　圖4是用Visual C++開發的mSever端溫度數據可視化顯示的界面，圖中顯示的是1個節點的溫度變化實時曲線。

圖4 服務器mSever端溫度數據可視化顯示界面

　　2.2 mSever端Web訪問程序設計

　　為了實現多個客戶端可以同時訪問數據中心服務器，規定客戶端在打開服務器的Web頁面時，首先提交客戶端的IP地址，然后服務器端把客戶端的 IP地址收錄入庫，再將接收到的溫度數據轉發給指定的客戶端。因此，當有多個客戶端同時訪問數據中心服務器時，服務器端只需要將各個客戶端的IP地址收錄入庫，最后再循環不斷地往各個客戶端轉發溫度數據即可。

　　當客戶端斷開與服務器端的連接時，將向服務器提交斷開請求，從服務器端的IP地址庫中釋放掉該客戶端的IP地址，從而實現了服務器端IP地址庫的動態更新。

　　2.3 節點溫度采集軟件設計

　　以下為溫度傳感器節點的溫度采集部分代碼：

#include "Mini51B.h"http://Mini51板頭文件
#include "LCD1602.h"http://液晶模塊頭文件
#include "ds18b20.h"http://溫度傳感器頭文件
#include "stdio.h"http://C標準函數庫，系統集成
#include "DS1302.h"
#define uchar unsigned char
uchar n,temp;
uchar a[6]="000000"; //串口字符串
SYSTEMTIME RTC;
void main(void) {
float V; //記錄溫度浮點型
uchar str_buff[20];//字符緩沖區
SCON=0x50;//串口工作在方式1，波特率9600，//晶振為22.1184 MHz
PCON=0;
TMOD=0x20;//定時器1工作在方式2
TH1=0xfa;
TL1=0xfa;
IE=0x91;//1001 0001，EA＝1，ES＝1，EX0＝1
IT0=1;//外部中斷0為低電平觸發方式
TR1=1;//定時器T1開始計數
ds18b20_init();//初始化溫度傳感器時鐘測試
Initial_DS1302();//初始化時鐘時間設定，執行一次后刪除該部分
Write1302(DS1302_MINUTE, 0x11);
Write1302(DS1302_HOUR,0x08);
Write1302(DS1302_DAY,0x15);
Write1302(DS1302_MONTH,0x04);
Write1302(DS1302_YEAR,0x08);
lcd1602_init();
lcd_put_xyns(2,1,14,"www.stuelab.cn");
delay_ms(1000);
while(1) {
for(n=0;n10;n++) { //10*0.5 s="5" s數據發送周期
V=ReadTemperature()/100.0; //溫度部分
sprintf(str_buff,"%2.2f",V); //格式轉換
lcd_put_xyns(1,1,11,"Temperatur=");
lcd_put_xyns(12,1,5,str_buff);
seg7_disp(V*100);
sprintf(a,"%2.2f",V);//送串口字符串
DS1302_GetTime(RTC);//時間部分
DateToStr(RTC);
TimeToStr(RTC);

lcd_put_xyns(1,2,8,RTC.DateString);
lcd_put_xyns(9,2,8,RTC.TimeString);
delay_ms(500);
}
for(n=0;n6;n++) {
SBUF=a[n];
while(!TI);
TI=0;
}
}
}
void external0() interrupt 0{//外部中斷0發送數據
for(n=0;n6;n++) {
SBUF=a[n];
while(!TI);
TI=0;
}
delay_ms(1100);
}
void receving() interrupt 4 {//串口中斷程序接收數據
temp=SBUF;
RI=0;
}

　　結語

　　經過實際運行和測試證明，系統穩定可靠，系統誤差達到了規定的要求。本系統雖然是以無線溫度傳感器節點為例，但同樣也適合其他各種類型的無線傳感器節點，因此可以推廣到無線傳感器網絡的其他應用領域或行業，如電力抄表、配電自動化、路燈監控、道路交通等。