基于VC6.0的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集

陳良洲，熊宗接

（華中科技大學(xué) 機(jī)械學(xué)院儀器系，湖北 武漢 430074）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或附近的大量廉價、具有通信、感測及計算能力的微型器節(jié)點(diǎn)通過自組織構(gòu)成的“智能”測控網(wǎng)絡(luò)[1]。本系統(tǒng)下位機(jī)利用SHT11溫濕度傳感和美國TI公司的無線片上系統(tǒng)CC2530單片機(jī)構(gòu)成終端傳感器節(jié)點(diǎn)，對溫室內(nèi)的溫度和相對濕度及終端傳感器片上電壓三個參數(shù)進(jìn)行實(shí)時測量，通過在環(huán)境內(nèi)布置多個測量節(jié)點(diǎn)來獲取現(xiàn)場信息。在眾多集成可視化開發(fā)環(huán)境中，VisualC6.0是底層編程環(huán)境的最佳選擇，它提供了相當(dāng)齊備的類和各種控件，編程界面友好。

1 系統(tǒng)下位機(jī)硬件組成

系統(tǒng)下位機(jī)硬件組成如圖1示，由I2C總線的SHT11數(shù)字溫濕度傳感器連接CC2530芯片的VDD/3的ADC通道，經(jīng)CC2530單片機(jī)采集處理后打包數(shù)據(jù)無線發(fā)送到與PC機(jī)連接的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。其中協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)通過串口轉(zhuǎn)USB線連接。

下位機(jī)使用TI公司SensorDemo例程在IAR7.5集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行二次開發(fā)，在應(yīng)用層對傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)分別編寫程序，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀格式串行發(fā)送到PC機(jī)[2]。

圖1 下位機(jī)硬件組成原理圖

2 下位機(jī)數(shù)據(jù)幀設(shè)計

下位機(jī)數(shù)據(jù)幀編程固定長度為20 B的數(shù)據(jù)，有些字節(jié)可變，有些字節(jié)是固定的。比如一個數(shù)據(jù)幀用十六進(jìn)制表示為：FE 0F 46 87 DE 65 02 00 09 00 1B 20 00 00 38 33 00 00 00 9E。其中：FE是幀頭字節(jié)，46 87是雙字節(jié)數(shù)據(jù)，低字節(jié)在前，標(biāo)識為8746為接收標(biāo)志；9E是前面19個字節(jié)的“異或”運(yùn)算值，為整個數(shù)據(jù)幀的CRC校驗位，可變；0F是固定值，表示除了幀開始和 0F、46、87、9E 5個字節(jié)外的 15個字節(jié)數(shù)；DE65是傳感器節(jié)點(diǎn)16 bit地址號65DE，是隨著數(shù)據(jù)來自不同節(jié)點(diǎn)變化；0002、0009也是固定的字節(jié)，表示數(shù)據(jù)包和有效數(shù)據(jù)位；1 B是節(jié)點(diǎn)溫度的整數(shù)部分，換算為十進(jìn)制值為26℃，可變；20是節(jié)點(diǎn)片上電壓值（乘10倍值），換算為十進(jìn)制值為 3.2 V，可變；0000為父節(jié)點(diǎn)地址；38是節(jié)點(diǎn)相對濕度值，換算為十進(jìn)制值為56%，可變；33是節(jié)點(diǎn)溫度的小數(shù)部分，換算為十進(jìn)制值為 （3×16+3）/256=0.199 2℃，可變；00 00 00是預(yù)留下來的 3個字節(jié)給節(jié)點(diǎn)其他傳感器數(shù)據(jù)的傳送。

3 采集控制命令兩種模式實(shí)現(xiàn)

在傳感器節(jié)點(diǎn)C文件中添加命令輸入集合COLLECTOR_CMD_ID，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)C添加同樣的命令輸出集。為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計3 B的串口數(shù)據(jù)，前2個字節(jié)為目標(biāo)地址，第3個字節(jié)為采集控制命令，如設(shè)置80為停止采集，40為開始采集命令。因為協(xié)調(diào)器地址是固定的0x0000十六進(jìn)制數(shù)，其他傳感節(jié)點(diǎn)地址不可能是這個數(shù)，所以當(dāng)發(fā)送前2個字節(jié)為0000時，可將此作為向全體傳感器節(jié)點(diǎn)廣播的命令的判斷，如果是具體單個節(jié)點(diǎn)地址，則只有相應(yīng)節(jié)點(diǎn)接收控制命令，其中廣播命令發(fā)送的地址模式為0xFFFF。

4 上位機(jī)程序設(shè)計

4.1 CSerialPort類加入程序

CSerialPort類是remon spekreijse寫的一個免費(fèi)的串口類，可在互聯(lián)網(wǎng)下載到其頭文件（h文件）和源程序（cpp文件），它可直接用于串口的讀寫操作。首先建立一個基于窗口的MFC應(yīng)用程序，再將CSerialPort.h和CSerialPort.cpp兩個類文件復(fù)制到工程文件夾中，并用project-add to project-files命令將上述兩個文件加入工程[3]。

因為CSerialPort類是第三方類，所以其串口消息響應(yīng)函數(shù)不能由VC的classwizd自動生成，需通過手動增加消息響應(yīng)函數(shù)的消息映射。在建立的窗口類頭文件下添加以下代碼：

afx_msg LONG OnComm（WPARAM ch，LPARAM port）；

在窗口類ccp文件下進(jìn)行串口接收一個字符的響息映射，只要串口中有一個字節(jié)就觸發(fā)這個事件，代碼如下：

ON_MESSAGE（WM_COMM_RXCHAR，OnComm）

最初的CSerialPort類的發(fā)送函數(shù)只有一種發(fā)送字符類型WriteToPort（char*string）。而考慮到上位機(jī)對下位機(jī)控制命令都是十六進(jìn)制數(shù)傳送，且傳送數(shù)據(jù)的最終原理都是以二進(jìn)制數(shù)傳遞的，所以增加一種可按字節(jié)數(shù)發(fā)送的函數(shù)類型 WriteToPort （unsigned char*string，int n）。其中，string是發(fā)送的一個字節(jié)數(shù)據(jù)，n是要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。代碼如下：

上位機(jī)軟件設(shè)計流程如圖2所示。

圖2 上位機(jī)軟件流程

4.2 串口數(shù)據(jù)接收

對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀頭判斷，如果接收字節(jié)為FE則繼續(xù)接收，保存在無符號字符數(shù)組buf中，接收后面的字節(jié)保存在數(shù)組中，并對連續(xù)的18個字節(jié)進(jìn)行 “異或”運(yùn)算。如果這個“異或”運(yùn)算值與第20個字節(jié)的值相等，表示這20個字節(jié)為一個有效數(shù)據(jù)串，然后再將其中的源節(jié)點(diǎn)地址提取出來并保存，再分別對其中的參數(shù)值進(jìn)行處理，根據(jù)節(jié)點(diǎn)地址寫入VC表格控件中的相應(yīng)行。串口數(shù)據(jù)幀選擇性接收和多節(jié)點(diǎn)地址保存函數(shù)片段如下：

4.3 串口命令的發(fā)送

在應(yīng)用程序的發(fā)送數(shù)據(jù)編輯框中輸入3 B的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，而且要讓發(fā)送函數(shù)明白這是3 B的數(shù)據(jù)，而不是默認(rèn)地把這些十六進(jìn)制數(shù)當(dāng)作6個單獨(dú)的字符來處理。在窗口CPP文件中加入 “字符轉(zhuǎn)十六進(jìn)制數(shù)”的函數(shù) String2Hex（m_strSend，hexdata），其返回值為轉(zhuǎn)化后的十六進(jìn)制數(shù)的個數(shù)，在此即是要發(fā)送的命令字節(jié)數(shù)（該函數(shù)原型來自參考文獻(xiàn)[4]）。發(fā)送命令函數(shù)如下：

程序運(yùn)行結(jié)果如圖3示。本文設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)多參數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)時采集，并對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形和表格顯示及存儲。設(shè)計的串口接收中斷程序可應(yīng)用到其他串口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)了對所有節(jié)點(diǎn)和個別節(jié)點(diǎn)采集過程的控制，在后期還運(yùn)用了計數(shù)求模的方法，可通過上位機(jī)發(fā)送改變除數(shù)來改變節(jié)點(diǎn)的采集時間間隔，整個程序可移植性強(qiáng)。

[1]孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[2]深圳飛比電子科技公司.Z-STACK SensorDemo實(shí)驗.[EB/OL].[2011-10-13].http：//wenku.baidu.com/view/dfe9d82ee2bd960590c6770c.html.

[3]潘石柱，于仲安.VC實(shí)現(xiàn)串行通信的三種途徑[J].電子工程師.2002，28（9）.

[4]龔建偉.串口調(diào)試助手源程序及編程詳細(xì)過程.[EB/OL].（2001-06-20）[2010-12-21].http：//hi.baidu.com/laoyang1018/blog/item/641491ef565756fece1b3ecc.html.