基于SimpliciTI網絡協議的無線溫度采集系統

王昕瑋

摘 要：文章基于SimpliciTI網絡協議設計一種低功耗無線溫度采集系統。本系統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數字溫度傳感器芯片。本系統具有低功耗，方便移動，組網靈活，測量精度高，不受環境限制等優點。

關鍵詞：SimpliciTI協議；無線通信；溫度采集

1 概述

隨著我國生產技術的不斷更新，現代化進程的不斷加快，各種各樣的生產環境下的溫度采集系統也在不斷的發展。傳統的溫度采集系統多使用有線的方式采集溫度，有線方式通常存在布線復雜，維護不方便，測量點固定等缺點。此時，無線溫度采集系統應運而生，無線溫度采集系統沒有電纜限制，測量點方便移動，并容易安裝，組網靈活，可以組成多種網路拓撲結構。本文設計一種基于SimpliciTI網絡協議的無線溫度采集系統。

2 SimpliciTI網絡協議

SimpliciTI網絡協議是TI公司開發的一種低功耗網絡協議。該協議適用于簡單小型的無線射頻網絡，該協議應用簡單，降低了設計難度。SimpliciTI網絡協議提供了幾個基本的API函數，可以直接調用API函數進行網絡應用操作，實現SimpliciTI網絡的初始化、節點加入、建立連接、終止連接、ping查詢、發送和接收數據等操作[1]。在SimpliciTI網絡中存在3種網絡設備類型：接入點（AP）、范圍擴展設備（RE）和終端設備（ED）。SimpliciTI網絡的建立流程為，首先AP初始化SimpliciTI網絡，然后ED加入網絡建立連接，最后進行數據發送。

3 系統總體構成

本系統采用串聯星型的拓撲結構，主要由計算機、中心控制節點、中繼節點和終端采集節點構成[2]。系統構成如圖1所示，在無線溫度采集系統網絡中，有一個中心控制節點，進行網絡的組建與管理，中繼節點用于擴展網絡范圍，終端采集節點用于溫度的采集。終端采集節點定時采集到溫度數據后，可以直接發送溫度數據到中心控制節點，當不能直接發送到中心控制節點時，可以發送給就近的中繼節點，再由中繼節點將溫度數據轉發到中心控制節點，最后中心控制節點將溫度數據發送給計算機，使用計算機軟件來監控采集到的溫度。

4 系統硬件設計

本系統中各節點控制和通信部分采用相同的硬件結構，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芯片作為無線收發芯片，實現節點間的通信功能，無線收發芯片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。工作頻段設定靈活，本系統設計其工作頻段為433MHz。CC1101支持不同的調制格式，其數據傳輸速率最高可達500Kb/s，并且發射功率足夠高，采用全向天線，保證發射無死區[3]。

（1）中心控制節點。本系統中心控制節點還具有USB通訊模塊，能同計算機進行通信。USB模塊使用USB總線轉換芯片CH340G來實現USB轉串口功能。計算機可以通過USB接口和中心控制節點相連，實現使用計算機軟件監控和存儲溫度數據。

（2）中繼節點。本系統中繼節點由微處理器模塊和射頻模塊組成。主要實現網絡范圍拓展的功能。中繼節點進行不同節點間的數據轉發。

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

5 系統軟件設計

在本系統中，中心控制節點初始化網絡后，進行信道監聽操作，終端采集節點向中心控制節點發送網絡連接請求，若中心控制節點接收到連接請求后，則向該終端采集節點發送應答消息，從而完成網絡連接的建立。終端采集節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點的功耗，溫度數據采集完成后由終端采集節點向中心節點發送。本系統軟件包括中心控制節點軟件、中繼節點軟件和終端采集節點軟件3個部分。

（1）中心控制節點。中心控制節點軟件流程如圖2（a）所示，主要實現監聽是否有其他網絡設備加入網絡，并給加入的設備分配ID號，并且能夠同加入網絡的終端采集節點進行無線通信，同時把收到的溫度數據上傳到計算機軟件中。

（2）中繼節點。中繼節點的主要功能是網絡范圍的擴展，增加通信距離，中繼節點加入網絡后，可以轉發中心控制節點的發送的命令，也可以轉發終端采集節點發送的溫度數據。

（3）終端采集節點。終端采集節點軟件流程圖如圖2（b）所示，主要功能為加入網絡，利用中斷方式定時采集溫度數據，并向中心控制節點發送溫度數據。

6 結束語

本文無線溫度采集系統可以實現多終端的溫度自動采集，完成溫度數據通過無線網絡向中心控制節點的傳送，從而實現計算機軟件對溫度的實時監測與存儲。本系統是一種組網靈活，可移動，安裝方便，低功耗的無線溫度采集系統，具有廣泛的應用場景。

參考文獻

[1]季力.基于SimpliciTI協議的無線傳感器網絡設計[J].工礦自動化2012，38（1）：22-26.

[2]秦川.基于CC1110的大棚溫度監測網絡設計[J].蘇州市職業大學學報.2009，20（4）：12-14.

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