無線監測網絡中的節點軟件設計綜述

陳寶芬，王 喆

（內蒙古化工職業學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

對于無線節點的設計而言，除了必不可少的硬件設計，還有一個重要的部分，那就是軟件設計，兩者相輔相成，相互依托，都在無線節點的設計中扮演了不可或缺的角色.本文針對“高校管網系統無線監測網絡設計”這一課題的總體設計要求，從軟件開發及調試環境選擇到具體程序設計著手，對網絡中關鍵部分無線節點的軟件設計進行詳細的論述，并列舉了初始化程序的編寫.

1 開發及調試環境

1.1 MPLAB ICD2在線調試器

MPLAB ICD2是Microchip公司生產的PIC系列單片機在線調試器.通過ICD2接口與目標節點板相連，燒錄代碼到目標單片機中并進行設置斷點和運行.

1.2 MPLAB IDE開發工具

MPLAB IDE集成開發環境如圖1所示.

圖1 MPLAB IDE集成開發環境

MPLAB IDE開發工具源自美國Microchip公司，是Mcirochip公司推出的針對PIC系列單片機的軟件開發工具，MPLAB IDE包括MPLAB IDE集成開發環境和MPLAB C18編譯器.支持PIC系列單片機，可自動配置啟動代碼，強大的Simulation設備模擬，性能分析等功能.其中MPLAB C18編譯器是使用于PIC系列單片機的獨立并被優化的ANSI C編譯器.此編譯器是一個32位Windows平臺應用程序，與Microchip公司的MPLAB IDE完全兼容，它允許使用MPLAB ICE在線仿真器、MPLAB ICD2在線調試器或MPLAB SIM軟件模擬器進行源代碼調試.

MPLAB C18編譯器有以下特點：

（1）能集成到MPLAB IDE，便于進行項目管理和源代碼調試.

（2）MPLAB C18編譯器與由MPASM編譯器生成的目標模塊兼容，允許在同一個項目中自由地進行匯編語言和C語言混合編程.

（3）對外部存儲器的讀/寫訪問是透明的.

（4）具有多級優化的高效代碼生成引擎.1.3 ZENA無線網絡分析儀

ZENA無線網絡分析儀硬件如圖2所示，該分析儀通過USB電纜與PC機相連.在PC機上安裝ZENA3.0軟件后，便可以使用ZENA網絡分析儀幫助進行ZigBee協議應用開發.ZENA網絡分析儀軟件主窗口如圖3所示.

圖2 ZENA網絡分析儀的PCB

圖3 ZENA3.0界面

ZENA網絡分析儀主要功能：

（1）進行ZigBee協議和MiWi協議堆棧配置

zigbee.def：堆棧配置基本定義

myZigBee.c：寄存器初始化

zLink.lkr：工程鏈接腳本

（2）進行無線網絡通信狀況監視

監視網絡的拓撲結構

監視網絡通信數據傳輸狀況

2 程序流程

2.1 按鍵功能定義

本課題設計的無線節點共有3個按鍵，可根據需要進行自定義.各個按鍵功能定義如下：

MCLR按鍵：復位按鍵

RB5按鍵：轉換數據按鍵，終端檢測到按下協調器該鍵，則開始轉換數據以待發送.

RB4按鍵：未定義具體功能，可以根據需要定義該按鍵功能.

2.2 節點主程序流程

圖4和圖5分別為終端設備和協調器的主程序流程圖.協調器上電初始化之后，便開始啟動一個新網絡，建立網絡成功之后，便允許終端節點加入.從節點上電之后開始查找存在的網絡，并請求加入網絡.確定成功加入網絡之后，開始檢測協調器的RB5鍵是否被按下，若按下，則開始轉換數據，轉換后的數據根據非時隙CSMA/CA機制等待機會發送至協調器.協調器檢測空間中的ZigBee協議數據，如果有數據則開始接收，接收到的數據存儲在協調器的FIFOs中，然后轉存到PC機中.協調器端發送數據到終端設備采用廣播的方式，只要在協調器輻射半徑內的終端設備均可以接收數據.

由于篇幅有限，下面僅列舉本課題軟件設計中對初始化程序的編寫如下：

void MRF24J40Init(void)

{

BYTE i;

WORD j;

/*place the device in hardware reset*/

圖4 終端程序流程圖

圖5 協調器程序流程

RESETn=0;

for(j=0;j<(WORD)300;j++){}

/*remove the device from hardware reset*/

RESETn=1;

for(j=0;j<(WORD)300;j++){}

/*reset the RF module*/

SetShortRAMAddr(RFCTL,0x04);

/*remove the RF module from reset*/

SetShortRAMAddr(RFCTL,0x00);

/*flush the RX fifo*/

SetShortRAMAddr(WRITE_RXFLUSH,0x01);

/*Program the short MAC Address,0xffff*/

SetShortRAMAddr(SADRL,0xFF);

SetShortRAMAddr(SADRH,0xFF);

SetShortRAMAddr(PANIDL,0xFF);

SetShortRAMAddr(PANIDH,0xFF);

/*Program Long MAC Address*/

for(i=0;i<(BYTE)8;i++)

{

SetShortRAMAddr(EADR0+i*2,myLongAddress[i]);

}

/*enable the RF-PLL*/

SetLongRAMAddr(RFCTRL2,0x80);

/*set TX for max output power*/

SetLongRAMAddr(RFCTRL3,0x00);

/*enabled TX filter control*/

SetLongRAMAddr(RFCTRL6,0x80);

SetLongRAMAddr(RFCTRL8,0b00010000);

/*Program CCA mode using RSSI*/

SetShortRAMAddr(BBREG2,0x78);

/*Enable the packet RSSI*/

SetShortRAMAddr(BBREG6,0x40);

/*Program CCA,RSSI threshold values*/

SetShortRAMAddr(RSSITHCCA,0x00);

SetLongRAMAddr(RFCTRL0,0x00);//channel 11

SetShortRAMAddr(RFCTL,0x04);//reset the RF module with new settings

SetShortRAMAddr(RFCTL,0x00);

}

3 結語

綜述詳細介紹了無線節點的軟件設計.節點的軟件設計主要包括開發調試工具選擇和程序編寫兩大部分，無線節點的軟件設計比較難，尤其其中的程序編寫較復雜，需要豐富的軟件設計經驗.

〔1〕M icrochip Technology Inc.MPLAB ICD 2 在線調試器用戶指南[Z].2004.

〔2〕李文仲，段朝玉.PIC單片機與ZigBee無線網絡實戰[M].北京:北京航空航天大學出版社，2007.

〔3〕宋建華.基于ARM的無線傳感節點設計[D].內蒙古大學，2008.1-4.

〔4〕李朝青.無線發送接收芯片及其數據通信技術選編(1)[M].北京:北京航空航天大學出版，2003.

〔5〕M icrochip Technology Inc.MRF24J40 Data Sheet[Z].2008.