基于SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無線溫度采集系統(tǒng)

王昕瑋

摘 要：文章基于SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計一種低功耗無線溫度采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)硬件采用低功耗單片機MSP430F5308和射頻芯片CC1101組成無線通訊模塊，溫度采集模塊使用MCP9808數(shù)字溫度傳感器芯片。本系統(tǒng)具有低功耗，方便移動，組網(wǎng)靈活，測量精度高，不受環(huán)境限制等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：SimpliciTI協(xié)議；無線通信；溫度采集

1 概述

隨著我國生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新，現(xiàn)代化進程的不斷加快，各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境下的溫度采集系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展。傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)多使用有線的方式采集溫度，有線方式通常存在布線復(fù)雜，維護不方便，測量點固定等缺點。此時，無線溫度采集系統(tǒng)應(yīng)運而生，無線溫度采集系統(tǒng)沒有電纜限制，測量點方便移動，并容易安裝，組網(wǎng)靈活，可以組成多種網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計一種基于SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無線溫度采集系統(tǒng)。

2 SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是TI公司開發(fā)的一種低功耗網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該協(xié)議適用于簡單小型的無線射頻網(wǎng)絡(luò)，該協(xié)議應(yīng)用簡單，降低了設(shè)計難度。SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了幾個基本的API函數(shù)，可以直接調(diào)用API函數(shù)進行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用操作，實現(xiàn)SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)的初始化、節(jié)點加入、建立連接、終止連接、ping查詢、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等操作[1]。在SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)中存在3種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型：接入點（AP）、范圍擴展設(shè)備（RE）和終端設(shè)備（ED）。SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)的建立流程為，首先AP初始化SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)，然后ED加入網(wǎng)絡(luò)建立連接，最后進行數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 系統(tǒng)總體構(gòu)成

本系統(tǒng)采用串聯(lián)星型的拓撲結(jié)構(gòu)，主要由計算機、中心控制節(jié)點、中繼節(jié)點和終端采集節(jié)點構(gòu)成[2]。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，在無線溫度采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，有一個中心控制節(jié)點，進行網(wǎng)絡(luò)的組建與管理，中繼節(jié)點用于擴展網(wǎng)絡(luò)范圍，終端采集節(jié)點用于溫度的采集。終端采集節(jié)點定時采集到溫度數(shù)據(jù)后，可以直接發(fā)送溫度數(shù)據(jù)到中心控制節(jié)點，當(dāng)不能直接發(fā)送到中心控制節(jié)點時，可以發(fā)送給就近的中繼節(jié)點，再由中繼節(jié)點將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到中心控制節(jié)點，最后中心控制節(jié)點將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，使用計算機軟件來監(jiān)控采集到的溫度。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)中各節(jié)點控制和通信部分采用相同的硬件結(jié)構(gòu)，主要包括微處理器模塊和無線射頻模塊。微處理器采用低功耗單片機MSP430F5308，支持休眠喚醒操作，具有UART，SPI，IIC等通信接口，外圍電路簡單。無線射頻模塊使用CC1101芯片作為無線收發(fā)芯片，實現(xiàn)節(jié)點間的通信功能，無線收發(fā)芯片CC1101具有低功耗、傳輸可靠、接收靈敏、抗干擾能力強、無須申請頻點等特點。工作頻段設(shè)定靈活，本系統(tǒng)設(shè)計其工作頻段為433MHz。CC1101支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達500Kb/s，并且發(fā)射功率足夠高，采用全向天線，保證發(fā)射無死區(qū)[3]。

（1）中心控制節(jié)點。本系統(tǒng)中心控制節(jié)點還具有USB通訊模塊，能同計算機進行通信。USB模塊使用USB總線轉(zhuǎn)換芯片CH340G來實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口功能。計算機可以通過USB接口和中心控制節(jié)點相連，實現(xiàn)使用計算機軟件監(jiān)控和存儲溫度數(shù)據(jù)。

（2）中繼節(jié)點。本系統(tǒng)中繼節(jié)點由微處理器模塊和射頻模塊組成。主要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)范圍拓展的功能。中繼節(jié)點進行不同節(jié)點間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

（3）終端采集節(jié)點。本系統(tǒng)終端采集節(jié)點主要功能為溫度數(shù)據(jù)的采集，溫度采集模塊使用MCP9808數(shù)字溫度傳感器。MCP9808數(shù)字溫度傳感器具有低功耗，采集精度高等特性。MCP9808數(shù)字溫度傳感器采用標準的IIC接口，操作方便。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在本系統(tǒng)中，中心控制節(jié)點初始化網(wǎng)絡(luò)后，進行信道監(jiān)聽操作，終端采集節(jié)點向中心控制節(jié)點發(fā)送網(wǎng)絡(luò)連接請求，若中心控制節(jié)點接收到連接請求后，則向該終端采集節(jié)點發(fā)送應(yīng)答消息，從而完成網(wǎng)絡(luò)連接的建立。終端采集節(jié)點采用定時中斷的方式進行溫度采集，能夠有效降低終端采集節(jié)點的功耗，溫度數(shù)據(jù)采集完成后由終端采集節(jié)點向中心節(jié)點發(fā)送。本系統(tǒng)軟件包括中心控制節(jié)點軟件、中繼節(jié)點軟件和終端采集節(jié)點軟件3個部分。

（1）中心控制節(jié)點。中心控制節(jié)點軟件流程如圖2（a）所示，主要實現(xiàn)監(jiān)聽是否有其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，并給加入的設(shè)備分配ID號，并且能夠同加入網(wǎng)絡(luò)的終端采集節(jié)點進行無線通信，同時把收到的溫度數(shù)據(jù)上傳到計算機軟件中。

（2）中繼節(jié)點。中繼節(jié)點的主要功能是網(wǎng)絡(luò)范圍的擴展，增加通信距離，中繼節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，可以轉(zhuǎn)發(fā)中心控制節(jié)點的發(fā)送的命令，也可以轉(zhuǎn)發(fā)終端采集節(jié)點發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)。

（3）終端采集節(jié)點。終端采集節(jié)點軟件流程圖如圖2（b）所示，主要功能為加入網(wǎng)絡(luò)，利用中斷方式定時采集溫度數(shù)據(jù)，并向中心控制節(jié)點發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

本文無線溫度采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)多終端的溫度自動采集，完成溫度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)向中心控制節(jié)點的傳送，從而實現(xiàn)計算機軟件對溫度的實時監(jiān)測與存儲。本系統(tǒng)是一種組網(wǎng)靈活，可移動，安裝方便，低功耗的無線溫度采集系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用場景。

參考文獻

[1]季力.基于SimpliciTI協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].工礦自動化2012，38（1）：22-26.

[2]秦川.基于CC1110的大棚溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報.2009，20（4）：12-14.

[3]李娟，唐小超，葛立峰.基于CC1101射頻技術(shù)的室內(nèi)超聲定位系統(tǒng)[J].自動化與儀表.2009，24（6）：1-4.