專利名稱：基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，屬于無線網(wǎng)絡通 信技術領域。
背景技術：
先進的無線工業(yè)測控網(wǎng)絡綜合了傳感器技術、嵌入式系統(tǒng)技術、分布式信息處理 技術和通信技術，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對 象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶， 是當前理論與技術的熱點研究熱點之一，有著廣闊的技術應用前景。 但是現(xiàn)在國內(nèi)的工業(yè)測控網(wǎng)絡技術離上述目標還有較大差距，仍然采用有線測控 網(wǎng)。許多大型企業(yè)，例如石油化工企業(yè)、煤礦企業(yè)，生產(chǎn)地域分散，業(yè)務分工復雜；生產(chǎn)環(huán)境 惡劣，甚至氣體污染、易燃易爆十分危險等，這些環(huán)境采用無線通信方式才是解決問題的優(yōu) 化方案。這樣，可以使得控制中心的安裝、維護、管理更為簡單，生產(chǎn)控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定，從 而達到提高石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和安全性。 有線測控網(wǎng)絡存在許多無法避免的問題綜合布線施工復雜，隨著平臺數(shù)量的增 加，線路數(shù)量相應增加。在密集安裝場合，數(shù)百條線路錯綜復雜，設備數(shù)量多也會造成線路 過長。尤其在空間資源緊張的環(huán)境，在已經(jīng)放置大量設備(如照明，通風，空調(diào)等)的情況 下，合理的布線更加困難。在布線過程中，還要考慮設備對線路產(chǎn)生的電磁干擾等因素，更 加增加了布線施工的困難。成本高，使用壽命短。大量的導線造成較大的成本開支。在有 些場合，由于環(huán)境惡劣，導線的使用壽命短，需要頻繁更換，又增加了成本。靈活性差，如果 終端位置調(diào)整，就需要調(diào)整線路甚至重新布線。安全性差，一是如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)需要保密， 則有些網(wǎng)絡容易被竊取。二是在無人職守的場合，有些線路極易被盜割。
由于存在這些問題，使用無線測控網(wǎng)絡代替有線測控網(wǎng)絡代表了發(fā)展趨勢。使用 無線測控網(wǎng)絡將極大提高信息系統(tǒng)的靈活性，可維護性，可擴展性和安全性，降低復雜度和 成本。多功能無線測控網(wǎng)絡代表了測控領域的發(fā)展趨勢。用戶希望集成更多的信息的采集 功能，擴展系統(tǒng)的應用范圍。而且希望信息的傳輸速率更高，而使用成本更低。
ZigBee無線網(wǎng)絡通信技術是新興的低復雜度、低成本、低功耗和低速率無線連接 技術，其基礎是IEEE802. 15. 4技術標準。Zigbee技術的應用首先是傳感器網(wǎng)絡，該技術的 各項特點十分符合傳感器網(wǎng)絡的應用。2000年12月IEEE成立了 IEEE802. 15. 4工作組， 專門負責制定物理層及MAC層的協(xié)議，2001年8月ZigBee聯(lián)盟成立。該聯(lián)盟主要負責制 定網(wǎng)絡層到應用層的上層協(xié)議。在未來的數(shù)年內(nèi)，ZigBee技術將從方方面面進入人們的生 活、工作領域。在諸多無線通信技術中，Zigbee技術出現(xiàn)最晚，卻以其獨特的優(yōu)勢迅速斬露 頭腳，在全球掀起了理論和應用研究的熱潮。目前，德州儀器，摩托羅拉，西門子，飛利浦等 大的廠商陸續(xù)推出了自己的Zigbee芯片，更加推動了 Zigbee技術的產(chǎn)業(yè)化進程。
因此采用Zigbee無線網(wǎng)絡通信技術來實現(xiàn)無線測控網(wǎng)絡，是一個理想選擇，是符 合測控系統(tǒng)發(fā)展趨勢的創(chuàng)新性產(chǎn)品。由于Zigbee技術出現(xiàn)的較晚，將Zigbee技術用于無線測控網(wǎng)絡還處于研究試驗階段。而且，現(xiàn)有的Zigbee標準對網(wǎng)絡結構動態(tài)變化的分布式 應用場合存在不足，容易出現(xiàn)節(jié)點丟失，路由失敗等問題，即可重構性差。從而影響無線測 控網(wǎng)絡的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡 平臺。 —種基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，平臺包括無線通信模塊、控制 器模塊、傳感器模塊、串口通信模塊和電源模塊，無線通信模塊通過8路GPIO接口與控制器 模塊連接，通過8路GPIO接口與傳感器模塊連接，通過UART接口與串口通信模塊連接，電 源模塊為各模塊供電；平臺通過路由器和中心協(xié)調(diào)器與上位機連接。 所述的無線通信模塊由CC2430芯片，天線，24腳插針式接口和外圍電路組成，其
中CC2430內(nèi)嵌一個2. 4GHz DSSS射頻收發(fā)器和一個基于8051單片機的微控制器。 所述的控制器模塊是平臺硬件系統(tǒng)的輸出部分，包括開關量輸出接口和中文點陣
液晶顯示屏；開關量輸出接口通過24腳插針式接口引入CC2430的8路GPIO接口 ，中文點
陣液晶顯示屏型號LMS12864串行模式，內(nèi)建驅(qū)動芯片和國際二級字庫。 所述的傳感器模塊具備8路信號輸入能力，是通過24腳插針式接口引入CC2430
的8路GPIO接口來實現(xiàn)，傳感器模塊型號DHT91，占用2路信號輸入。 所述的串口通信模塊采用Maxim公司的高可靠性的工業(yè)級串口芯片，型號 恵232i。 所述的電源模塊采用了雙電源雙電壓模式，雙電源為開關電源和3節(jié)AAA電池電 源；雙電壓為5V和3. 3V，其中3. 3V電壓由Atmel公司的AS1117芯片進行5V到3. 3V電平 轉(zhuǎn)換。 上述基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺的工作方法如下 1)將中心協(xié)調(diào)器的地址和構成可重構無線測控網(wǎng)絡的若干個平臺的地址存入上
位機； 2)上位機到控制器模塊之間的信息傳輸與發(fā)布 上位機軟件提供友好的圖形用戶界面，用戶通過圖形用戶界面發(fā)布控制信息，并 將控制信息通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，使控制信息進入 無線測控網(wǎng)絡，按照需要接收信息的目的平臺地址尋找并最終傳輸?shù)皆撃康钠脚_，目的平 臺將該控制信息通過控制器模塊進行發(fā)布；
3)傳感器到上位機之間的信息傳輸 平臺的傳感器模塊采集的信息，經(jīng)平臺進入無線測控網(wǎng)絡，按照中心協(xié)調(diào)器的地 址，尋找并最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，再通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)缴?位機，上位機通過圖形用戶界面?zhèn)鬟f給用戶；
4)信息的路由轉(zhuǎn)發(fā) 平臺對收到的信息進行判斷，若該信息的目的地址與本平臺地址不一致，則對該 信息進行路由轉(zhuǎn)發(fā)到其它平臺，直到該信息最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器而完成路由轉(zhuǎn)發(fā)；如果 超過事先設定的最大路由轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，則該數(shù)據(jù)包被丟棄；
5)可重構性的實現(xiàn) 當網(wǎng)絡中的平臺因為所處測量環(huán)境變化而導致其通信路徑被阻礙時，需要對網(wǎng)絡 結構進行調(diào)整，通過可重構Cluster-Tree+AODVjr路由算法和網(wǎng)絡層地址分配算法，使多 平臺可以組成新的ZigBee網(wǎng)絡結構來適應變化的測量環(huán)境，調(diào)整結構后的網(wǎng)絡使通信路 徑被阻礙的平臺繞過障礙物，重新進行通信，從而提高了網(wǎng)絡通信的可靠性，這一過程由平 臺軟件系統(tǒng)的無線通信程序?qū)崿F(xiàn)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，最大的特點是通過改進路由算法和網(wǎng)絡層地址分配算法 實現(xiàn)了分布式，可重構的zigbee無線測控網(wǎng)絡。
本發(fā)明的優(yōu)點包括 1、工作于開放頻率2. 4GHz，低成本、低功耗、抗干擾的無線數(shù)據(jù)傳輸平臺。
2、能采集多種類型傳感器的數(shù)據(jù)或發(fā)布控制信息在網(wǎng)絡中進行無線傳輸或存儲。
3、將ZigBee技術應用到該平臺中，提高平臺的組網(wǎng)能力，網(wǎng)絡的容錯性和魯棒 性。 4、若干平臺組成一個分布式，可重構的無線測控網(wǎng)絡，為無線測控網(wǎng)絡應用的高 可靠性奠定基礎。


圖1為本發(fā)明平臺的結構框圖。 圖2為若干平臺組成的無線測控網(wǎng)絡的示意圖。 圖3為本發(fā)明平臺的軟件流程圖。 圖4為本發(fā)明無線測控網(wǎng)絡樹型網(wǎng)絡可重構組網(wǎng)策略示意圖。 圖5為本發(fā)明無線測控網(wǎng)絡星型網(wǎng)絡可重構組網(wǎng)策略示意圖。 其中，l-l、無線通信模塊，1-2、串口通信模塊，l-3、控制器模塊，l-4、傳感器模塊，
l-5、電源模塊；2-l、中心協(xié)調(diào)器，2-2、路由器，2-3、終端節(jié)點；3-l、RN存儲能力，3-2、平臺
編號，4-l、RN存儲能力，4-2、平臺編號。
具體實施方式

實施例 —種基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，結構如圖l所示，包括無線 通信模塊(l-l)、控制器模塊(l-3)、傳感器模塊(l-4)、串口通信模塊(1-2)和電源模塊 (l-5)，無線通信模塊(1-1)通過8路GPI0接口與控制器模塊(1-3)連接，通過8路GPI0 接口與傳感器模塊(1-4)連接，通過UART接口與串口通信模塊(1-2)連接，電源模塊(1-5) 為各模塊供電；平臺通過路由器和中心協(xié)調(diào)器(2-1)與上位機連接。 所述的無線通信模塊由CC2430芯片，天線，24腳插針式接口和外圍電路組成，其
中CC2430內(nèi)嵌一個2. 4GHz DSSS射頻收發(fā)器和一個基于8051單片機的微控制器。 所述的控制器模塊是平臺硬件系統(tǒng)的輸出部分，包括開關量輸出接口和中文點陣
液晶顯示屏；開關量輸出接口通過24腳插針式接口引入CC2430的8路GPIO接口 ，中文點
陣液晶顯示屏型號LMS12864串行模式，內(nèi)建驅(qū)動芯片和國際二級字庫。 所述的傳感器模塊具備8路信號輸入能力，是通過24腳插針式接口引入CC2430的8路GPIO接口來實現(xiàn)，傳感器模塊型號DHT91，占用2路信號輸入。 所述的串口通信模塊采用Maxim公司的高可靠性的工業(yè)級串口芯片，型號 恵232i。 所述的電源模塊采用了雙電源雙電壓模式，雙電源為開關電源和3節(jié)AAA電池電 源；雙電壓為5V和3. 3V，其中3. 3V電壓由Atmel公司的AS1117芯片進行5V到3. 3V電平 轉(zhuǎn)換。 上述基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺的工作方法如下 1)將中心協(xié)調(diào)器的地址和構成可重構無線測控網(wǎng)絡的若干個平臺的地址存入上
位機； 2)上位機到控制器模塊之間的信息傳輸與發(fā)布 上位機軟件提供友好的圖形用戶界面，用戶通過圖形用戶界面發(fā)布控制信息，并 將控制信息通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，使控制信息進入 無線測控網(wǎng)絡，按照需要接收信息的目的平臺地址尋找并最終傳輸?shù)皆撃康钠脚_，目的平 臺將該控制信息通過控制器模塊進行發(fā)布；
3)傳感器到上位機之間的信息傳輸 平臺的傳感器模塊采集的信息，經(jīng)平臺進入無線測控網(wǎng)絡，按照中心協(xié)調(diào)器的地 址，尋找并最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，再通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)缴?位機，上位機通過圖形用戶界面?zhèn)鬟f給用戶；
4)信息的路由轉(zhuǎn)發(fā) 平臺對收到的信息進行判斷，若該信息的目的地址與本平臺地址不一致，則對該 信息進行路由轉(zhuǎn)發(fā)到其它平臺，直到該信息最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器而完成路由轉(zhuǎn)發(fā)；如果 超過事先設定的最大路由轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，則該數(shù)據(jù)包被丟棄；
5)可重構性的實現(xiàn) 當網(wǎng)絡中的平臺因為所處測量環(huán)境變化而導致其通信路徑被阻礙時，需要對網(wǎng)絡 結構進行調(diào)整，通過可重構Cluster-Tree+AODVjr路由算法和網(wǎng)絡層地址分配算法，使多 平臺可以組成新的ZigBee網(wǎng)絡結構來適應變化的測量環(huán)境，調(diào)整結構后的網(wǎng)絡能夠使通 信路徑被阻礙的平臺繞過障礙物，重新進行通信，從而提高了網(wǎng)絡通信的可靠性。這一過程 由平臺軟件系統(tǒng)的無線通信程序?qū)崿F(xiàn)。
平臺軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)包括主控程序、控制器程序、傳感器程序、無線通信程序和串口通信程 序。 主控程序 主控模塊的主要作用是完成硬件和軟件系統(tǒng)各個部分的初始化，各種參數(shù)的設 置，平臺的組網(wǎng)/入網(wǎng)準備。其中初始化部分包括芯片程序的初始化，LCD屏的初始化，傳 感器芯片的初始化等，當完成以上各個部分的初始化程序后，主控模塊就會根據(jù)平臺類別 進行相應的組網(wǎng)/入網(wǎng)操作，并最終進入輪詢等待狀態(tài)。
控制器程序 控制器程序?qū)⑹盏降目刂菩畔⑦M行解封裝和譯碼，然后根據(jù)譯碼結果判斷通過哪 一路控制器模塊接口發(fā)布控制信息，發(fā)布哪一種開關量控制信息。由于平臺集成LCD液晶
7顯示屏，則如果收到的是LCD屏幕顯示信息，就調(diào)用LCD顯示子程序?qū)?shù)據(jù)進行顯示，子程序則會調(diào)用相應的函數(shù)將用戶要求發(fā)布的命令信息寫入LCD屏中將其顯示。
傳感器程序 傳感器程序?qū)崿F(xiàn)DHT91溫濕度傳感器的驅(qū)動、溫濕度數(shù)據(jù)的計算和數(shù)值轉(zhuǎn)換。傳感器程序調(diào)用DHT91驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)從DHT91經(jīng)過2路串行GPIO接口讀入數(shù)字溫濕度數(shù)據(jù)，并可以進行測量精度設定，測量校準等操作。傳感器程序通過計算和數(shù)值轉(zhuǎn)換將12bit精度的濕度數(shù)據(jù)和14bit精度的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)據(jù)。傳感器程序有三種工作機制受命測量，定時測量和門限測量。受命測量即主控程序在收到上位機發(fā)出的測量命令時才進行相應的數(shù)據(jù)采集，并傳回給上位機。定時測量是預先設定一個測量周期，按測量周期采集傳感器信息并發(fā)送給上位機。采用門限測量時，當溫度或濕度達到預先設定的某個門限時，會產(chǎn)生報警信號，程序采用中斷方式，將報警信號和溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)出。
無線通信程序 無線通信程序是平臺實現(xiàn)基于Zigbee技術組成無線測控網(wǎng)絡的關鍵。無線通信程序?qū)崿F(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡的維護，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收。 分布式和可重構性是本發(fā)明的主要創(chuàng)新點。分布式可重構ZigBee網(wǎng)絡，是指分布
在一定區(qū)域的網(wǎng)絡結構可以動態(tài)變化的網(wǎng)絡。所謂網(wǎng)絡結構動態(tài)變化有兩個方面的含義，
一種情況是指已經(jīng)形成的網(wǎng)絡拓撲結構不發(fā)生變化，但是某些平臺的平臺身份或者是網(wǎng)絡
深度發(fā)生了變化；另一種情況是指已經(jīng)形成的網(wǎng)絡拓撲結構已經(jīng)發(fā)生變化。 本發(fā)明在平臺軟件系統(tǒng)的無線通信程序中，實現(xiàn)了可重構AODVjr路由算法和可
重構網(wǎng)絡層地址分配算法，從而使多平臺可以組成分布式可重構的ZigBee網(wǎng)絡。 可重構AODVjr路由算法 在ZigBee技術中，Cluster-Tree算法非常適合那些存儲能力受限的平臺，在這種算法中平臺收到一個分組后立刻將分組發(fā)送給它的父平臺或者子平臺，不需要路由發(fā)現(xiàn)過程，然而在平臺分布不均勻的網(wǎng)絡中，Cluster-Tree算法具有較大的平均端到端時延，而且在這種情況下容易造成網(wǎng)絡中業(yè)務量分布不均衡，從而必然導致深度較低的平臺往往需要處理比深度較高的平臺更多的分組，容易造成深度較低平臺比深度較高平臺過早地耗盡電量，形成網(wǎng)絡分割現(xiàn)象，導致通信中斷。AODVjr的算法可以找到最優(yōu)或相對于Cluster-Tree較優(yōu)的路由，減少了平均端到端時延，使網(wǎng)絡中業(yè)務量分布不均衡的情況也得到了緩解。但A OD V j r需要足夠的存儲空間來儲存路由表，而且A OD V j r具有較高的控制開銷，Cluster-Tree則不需要發(fā)送控制分組?？芍貥媄igBee網(wǎng)絡中的路由協(xié)議使用了 Cluster-Tree+AODVjr的算法，對兩種協(xié)議進行優(yōu)勢互補，以便找到最優(yōu)或相對于Cluster-Tree較優(yōu)的路由，減少了平均端到端時延，使網(wǎng)絡中業(yè)務量分布不均衡的情況也得到了緩解。 可重構網(wǎng)絡層地址分配 在ZigBee路由中，可以將平臺分為兩類RN+和RN-。其中RN+是指具有足夠的存儲空間和能力執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議的平臺，RN-是指其存儲空間受限，不具有執(zhí)行AODVjr路由協(xié)議的能力的平臺，RN-收到一個分組后只能用Cluster-Tree算法處理。為了更好的適應變化的測量環(huán)境而進行可重構組網(wǎng)，在可重構網(wǎng)絡中全部使用RN+平臺。
加入ZigBee網(wǎng)絡的平臺通過MAC層提供的關聯(lián)過程組成 一 棵邏輯樹(Cluster-Tree)，并按照Cluster-Tree結構分配網(wǎng)絡地址。當網(wǎng)絡中的平臺允許一個新平臺通過它加入網(wǎng)絡時，它們之間就形成了父子關系，每個進入網(wǎng)絡的平臺都會得到父平臺為其分配的一個在網(wǎng)絡中唯一的16bit網(wǎng)絡地址。在可重構網(wǎng)絡中，將星型網(wǎng)絡作為Cluster-Tree結構的一種特殊情況(深度為2)處理為平臺分配網(wǎng)絡地址。
可重構性的具體實現(xiàn) 網(wǎng)絡的可重構性主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡中的平臺所處環(huán)境發(fā)生變化時。當網(wǎng)絡中的平臺因為所處測量環(huán)境變化而導致其通信路徑被阻礙時，需要對網(wǎng)絡結構進行調(diào)整，通過變構后的新的網(wǎng)絡結構使被擋平臺能夠繞過障礙物，重新進行通信。本文中，平臺被障礙物阻擋的情況均以兩點之間的通信路徑不能建立表示；平臺繞過障礙物阻礙則以兩個平臺之間的通信路徑重新建立表示，所謂穿透性指的是穿越障礙物的能力。 圖4(a)中，當一個Cluster-Tree結構的網(wǎng)絡組網(wǎng)完成后，由于周圍測量環(huán)境的變化，導致平臺7與平臺3之間的通信路徑被障礙物阻礙，使得平臺7脫離整個網(wǎng)絡，不能將其檢測數(shù)據(jù)向上一層平臺傳送。此時平臺7將進行網(wǎng)絡結構重組，首先通過網(wǎng)絡地址分配原則計算與其深度與父平臺均相同的平臺(平臺6)的網(wǎng)絡地址。然后運用AODVjr路由算法尋找該平臺，如果找到則將平臺7作為平臺6的子平臺重新加入網(wǎng)絡，重新分配網(wǎng)絡地址，一旦平臺6與平臺7之間建立通信鏈路則認為完成一次網(wǎng)絡重構。若在被阻擋平臺(平臺5)周圍沒有找到深度與父平臺均相同的平臺，則平臺將會通過網(wǎng)絡地址分配原則計算與其深度相同而父平臺不同的平臺(平臺4)的網(wǎng)絡地址。然后運用AODVjr路由算法尋找該平臺，如果找到則將平臺5作為平臺4的子平臺重新加入網(wǎng)絡，重新分配網(wǎng)絡地址，一旦平臺4與平臺5之間建立通信鏈路則認為完成一次網(wǎng)絡重構。重構后的網(wǎng)絡雖然拓撲結構還是Cluster-Tree結構，但是已經(jīng)從之前的深度為4的網(wǎng)絡變?yōu)樯疃葹?的網(wǎng)絡(如圖4(b))，平臺7的父平臺也已經(jīng)從平臺3變?yōu)槠脚_6，平臺5的父平臺也已經(jīng)從平臺2變?yōu)槠脚_4。 可重構網(wǎng)絡中，將星型網(wǎng)絡作為深度為2的一種特殊Cluster-Tree結構。圖5 (a)中，當一個星型網(wǎng)絡中的平臺(平臺4)與協(xié)調(diào)者(中心協(xié)調(diào)器)平臺之間的通信被障礙物阻擋之后，平臺4則啟動A0DVjr路由算法尋找其他平臺(平臺5)，若找到則將平臺4作為平臺5的子平臺重新加入網(wǎng)絡，一旦平臺4與平臺5之間建立通信鏈路則認為完成一次網(wǎng)絡重構。重構后的網(wǎng)絡(如圖5(c))拓撲結構則由星型網(wǎng)絡變?yōu)闃湫尉W(wǎng)絡。
串口通信模塊 串口通信模塊是Zigbee網(wǎng)絡與上位機的接口 ，上位機生成的封裝好的命令信息以及平臺平臺采集上來的數(shù)據(jù)信息都要通過串口通信模塊完成在兩個網(wǎng)絡中的通信。串口通信模塊中使用中斷法，即運用的串口中斷服務子程序(ISR， Interrupt ServiceRoutine)來完成串口通信，當串口上有值的時候，則會調(diào)用串口中斷向量，中斷向量則把程序指針指到相應的ISR中去。對接收到的數(shù)據(jù)的操作在ISR中進行，ISR完成之后程序指針會跳回中斷前的地方繼續(xù)進行剛才被中斷的事情，這種方法的效率比較的高，而且程序不需要一直等待串口，提高了整個無線平臺系統(tǒng)的實時性。
上位機軟件 上位機軟件采用Visual C++編寫，其主要作用是為用戶提供良好的人機界面，完成對采集/上傳數(shù)據(jù)的處理和對整個平臺系統(tǒng)的控制。
用戶使用上位機時，首先需要進行串口設置。本系統(tǒng)上位機串口的默認設置為波特率38400，無校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。具體的串口選擇根據(jù)用戶計算機的具體情況自由選擇。串口設置完成后，則需要進行系統(tǒng)設置。主要是完成平臺平臺媒體訪問控制層(MAC, Medium Access Comtrol)地址與放置地址信息的設置。點擊"addnodeaddr"按鈕，將會彈出系統(tǒng)設置子對話框，用戶將平臺平臺的MAC地址與放置地址的信息填入對話框后，點擊確認按鈕則完成整個系統(tǒng)的設置。 用戶需要進行控制信息發(fā)布時，首先需要選擇需要發(fā)布信息的平臺，然后在信息發(fā)布文本框中填入需要發(fā)布的信息，輸入后點擊"send message"按鈕即可完成整個平臺系統(tǒng)的信息發(fā)布功能。用戶需要實時的了解現(xiàn)場信息時，首先需要選擇需要采集信息的平臺，然后點擊"monitor"按鈕，則可以完成平臺的數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)將顯示在平臺后相應的數(shù)據(jù)文本框中。戶需要查看以前傳感器的測量數(shù)據(jù)時，點擊"data record"按鈕，就可以查看平臺的傳感器的測量歷史數(shù)據(jù)記錄。
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權利要求
一種基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于，平臺包括無線通信模塊、控制器模塊、傳感器模塊、串口通信模塊和電源模塊，無線通信模塊通過8路GPIO接口與控制器模塊連接，通過8路GPIO接口與傳感器模塊連接，通過UART接口與串口通信模塊連接，電源模塊為各模塊供電；平臺通過路由器和中心協(xié)調(diào)器與上位機連接。
2. 如權利要求1所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于，所 述的無線通信模塊由CC2430芯片，天線，24腳插針式接口和外圍電路組成，其中CC2430內(nèi) 嵌一個2. 4GHz DSSS射頻收發(fā)器和一個基于8051單片機的微控制器。
3. 如權利要求1所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于， 所述的控制器模塊是平臺硬件系統(tǒng)的輸出部分，包括開關量輸出接口和中文點陣液晶顯示 屏；開關量輸出接口通過24腳插針式接口引入CC2430的8路GPIO接口 ，中文點陣液晶顯 示屏型號LMS12864串行模式，內(nèi)建驅(qū)動芯片和國際二級字庫。
4. 如權利要求1所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于，所 述的傳感器模塊具備8路信號輸入能力，是通過24腳插針式接口引入CC2430的8路GPIO 接口來實現(xiàn)，傳感器模塊型號DHT91，占用2路信號輸入。
5. 如權利要求1所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于，所 述的串口通信模塊采用Maxim公司的高可靠性的工業(yè)級串口芯片，型號MAX232i。
6. 如權利要求1所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，其特征在于，所 述的電源模塊采用了雙電源雙電壓模式，雙電源為開關電源和3節(jié)AAA電池電源；雙電壓為 5V和3. 3V，其中3. 3V電壓由Atmel公司的AS1117芯片進行5V到3. 3V電平轉(zhuǎn)換。
7. 權利要求l所述的基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺的工作方法，其特征 在于，工作方法如下1) 將中心協(xié)調(diào)器的地址和構成可重構無線測控網(wǎng)絡的若干個平臺的地址存入上位機；2) 上位機到控制器模塊之間的信息傳輸與發(fā)布上位機軟件提供友好的圖形用戶界面，用戶通過圖形用戶界面發(fā)布控制信息，并將控 制信息通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，使控制信息進入無線 測控網(wǎng)絡，按照需要接收信息的目的平臺地址尋找并最終傳輸?shù)皆撃康钠脚_，目的平臺將 該控制信息通過控制器模塊進行發(fā)布；3) 傳感器到上位機之間的信息傳輸平臺的傳感器模塊采集的信息，經(jīng)平臺進入無線測控網(wǎng)絡，按照中心協(xié)調(diào)器的地址，尋 找并最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器，再通過上位機與中心協(xié)調(diào)器之間的串口電纜傳輸?shù)缴衔粰C， 上位機通過圖形用戶界面?zhèn)鬟f給用戶；4) 信息的路由轉(zhuǎn)發(fā)平臺對收到的信息進行判斷，若該信息的目的地址與本平臺地址不一致，則對該信息 進行路由轉(zhuǎn)發(fā)到其它平臺，直到該信息最終傳輸?shù)街行膮f(xié)調(diào)器而完成路由轉(zhuǎn)發(fā)；如果超過 事先設定的最大路由轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)，則該數(shù)據(jù)包被丟棄；5) 可重構性的實現(xiàn)當網(wǎng)絡中的平臺因為所處測量環(huán)境變化而導致其通信路徑被阻礙時，需要對網(wǎng)絡結構 進行調(diào)整，通過可重構Cluster-Tree+AODVjr路由算法和網(wǎng)絡層地址分配算法，使多平臺可以組成新的ZigBee網(wǎng)絡結構來適應變化的測量環(huán)境，調(diào)整結構后的網(wǎng)絡使通信路徑被 阻礙的平臺繞過障礙物，重新進行通信，從而提高了網(wǎng)絡通信的可靠性，這一過程由平臺軟 件系統(tǒng)的無線通信程序?qū)崿F(xiàn)。
全文摘要
基于Zigbee技術的可重構無線測控網(wǎng)絡平臺，屬于無線網(wǎng)絡通信技術領域。平臺包括無線通信模塊、控制器模塊、傳感器模塊、串口通信模塊和電源模塊，無線通信模塊通過8路GPIO接口與控制器模塊連接，通過8路GPIO接口與傳感器模塊連接，通過UART接口與串口通信模塊連接，電源模塊為各模塊供電；平臺通過路由器和中心協(xié)調(diào)器與上位機連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，最大的特點是在軟件支持下實現(xiàn)了分布式，可重構的zigbee無線測控網(wǎng)絡通信。
文檔編號H04W84/18GK101730113SQ20091023005
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權日2009年11月11日
發(fā)明者侯萌, 劉星萍, 徐元, 王磊, 邱書波 申請人:山東輕工業(yè)學院