本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種傳感器組網(wǎng)方法及使用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點組成，通過無線通信的方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。

在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常情況下傳感器節(jié)點被放置在沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方，傳感器節(jié)點的位置不能預(yù)先精確設(shè)定，節(jié)點之間的相互鄰居關(guān)系預(yù)先也不知道，這樣就要求傳感器節(jié)點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理。

現(xiàn)有技術(shù)多采用紫蜂協(xié)議或者wifi通信協(xié)議實現(xiàn)傳感器的自組網(wǎng)。由于紫蜂協(xié)議的半開放性，采用紫蜂協(xié)議的產(chǎn)品其開發(fā)靈活性較低，且采用了csma-ca沖突避免策略，傳感器在傳輸數(shù)據(jù)時，必須在通信信道空閑時且空閑維持一段時間后，再等待一段隨機的時間依然空閑時，才提交數(shù)據(jù)。該策略使得紫蜂網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時性較差。對于采用wifi組網(wǎng)的產(chǎn)品而言，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的規(guī)模一般不超過16個，使得網(wǎng)絡(luò)的擴展受到較大限制。因此，現(xiàn)有的傳感器組網(wǎng)方法存在不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基站和終端之間具有獨立的通信信道，且網(wǎng)絡(luò)擴展簡單靈活的傳感器組網(wǎng)方法和使用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種傳感器組網(wǎng)方法，包括以下順序步驟：

s1.基站設(shè)備初始化；終端設(shè)備初始化；

s2.所述基站掃描預(yù)設(shè)頻段，邀請所述預(yù)設(shè)頻段中工作在不同頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)；

s3.所述基站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所述終端的入網(wǎng)排序為加入網(wǎng)絡(luò)的所述終端分配工作時隙。

進一步的，步驟s1包括以下步驟：

s11.所述基站的基站通信單元載入所述預(yù)設(shè)頻段；

s12.所述終端的終端通信單元設(shè)置為接收模式，將接收頻率固定在其初始化頻率上，等待接收所述基站的基站通信單元發(fā)來組網(wǎng)邀請。

再進一步的，所述初始化頻率包括在所述預(yù)設(shè)頻段中，且所述初始化頻率為所述終端的絕對編號與跳頻間隔的乘積加上基礎(chǔ)頻率的和；所述跳頻間隔不小于所述終端通信信道的最小頻率寬度。

又一步的，步驟s2包括以下步驟：

s21.所述基站在所述預(yù)設(shè)頻段中順序改變發(fā)送頻率進行所述組網(wǎng)邀請的發(fā)送；

s22.當(dāng)所述發(fā)送頻率與所述初始化頻率相同時，所述終端接收到所述組網(wǎng)邀請；

s23.所述終端將組網(wǎng)邀請回送給所述基站，所述基站將所述終端納入網(wǎng)絡(luò)中并為該終端設(shè)定工作頻率；

s24.所述基站繼續(xù)改變發(fā)送頻率發(fā)送所述組網(wǎng)邀請，以識別其他頻率上的終端。

作為一種改進，步驟s3還包括以下步驟：

s31.所述基站根據(jù)所述終端的入網(wǎng)排序為該終端分配相應(yīng)的工作節(jié)點號；

s32.所述基站在傳輸周期開始時統(tǒng)一向網(wǎng)絡(luò)中的所有終端發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸命令，激活所述終端的定時單元；

s33.所述定時單元達到工作時隙時，所述終端向所述基站傳輸數(shù)據(jù)。

再者，所述工作時隙為所述終端的所述工作節(jié)點號與單位延時的乘積；所述單位延時大于等于所述基站從發(fā)送模式轉(zhuǎn)換為接收模式的最小時間。

進一步的，步驟s3還包括以下步驟：

s34.網(wǎng)絡(luò)中的所有終端依次在所述傳輸周期的保留時間段向所述基站發(fā)送終端狀態(tài)信息；所述保留時間段為最大的所述工作節(jié)點號加一后與所述單位延時的乘積。

再進一步的，傳感器組網(wǎng)方法還包括以下步驟：

s4.所述基站在預(yù)定時間內(nèi)掃描擴容頻率，邀請工作在所述擴容頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)；若有新的所述終端加入，則進入步驟s3；

s5.所述基站對所述傳送周期內(nèi)未發(fā)送數(shù)據(jù)的所述終端進行無響應(yīng)計數(shù)，當(dāng)無響應(yīng)記數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)時，將該終端從網(wǎng)絡(luò)中刪除；

s6.所述基站告知網(wǎng)絡(luò)中所有工作節(jié)點號大于被刪除的終端的所述終端，所述工作節(jié)點號自動減一。

又一步的，傳感器組網(wǎng)方法還包括以下步驟：

z1.所述基站接收控制命令，中斷當(dāng)前步驟；

z2.執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)程序；

z3.該響應(yīng)程序執(zhí)行完畢，所述基站退出中斷，回到中斷前的步驟繼續(xù)執(zhí)行；

所述控制命令包括上位機命令和外部中斷命令。

為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括基站和至少一個終端，所述基站設(shè)置有：

主控單元，用于控制基站以及處理所述終端輸入的數(shù)據(jù)；

基站通信單元，用于掃描預(yù)設(shè)頻段，并邀請所述預(yù)設(shè)頻段中工作在不同頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)；

所述終端設(shè)置有：

微控單元，用于控制終端的工作模式以及設(shè)置初始化頻率；

采集單元，用于采集數(shù)據(jù)；

終端通信單元，用于根據(jù)所述基站分配的工作時隙向所述基站發(fā)送數(shù)據(jù)。

進一步的，所述主控單元還用于記錄無響應(yīng)次數(shù)；所述基站還設(shè)置有：

寄存單元，用于記錄所述終端的入網(wǎng)順序、工作頻率和狀態(tài)信息；

中斷控制單元，用于接收上位機命令或者外部中斷命令，停止現(xiàn)執(zhí)行步驟，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)，該中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行完畢后恢復(fù)步驟的執(zhí)行；

所述終端還設(shè)置有：

定時單元，用于計算工作時隙；

存儲單元，用于記錄絕對編號、工作節(jié)點號和傳感器數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的傳感器組網(wǎng)方法，基站在預(yù)設(shè)頻段中和工作在不同頻率的多個終端組建網(wǎng)絡(luò)，使得基站與每個終端的通信信道都是相對獨立的，多個終端與基站之間的數(shù)據(jù)傳輸各有其通信信道，互不干擾；且通過入網(wǎng)排序為加入網(wǎng)絡(luò)的終端分配工作時隙，有效的提升了基站與終端的網(wǎng)絡(luò)傳輸實時性。同時，在預(yù)設(shè)頻段足夠?qū)挄r，本發(fā)明的傳感器組網(wǎng)方法也可以方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴展，提高了傳感器的組網(wǎng)效率。

進一步的，本發(fā)明還在預(yù)設(shè)頻段中預(yù)留了擴容頻率，便于組網(wǎng)完成后添加新的傳感器加入，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴容更為靈活方便。

采用該方法的傳感器網(wǎng)絡(luò)，也同樣具有上述優(yōu)點。

附圖說明

圖1為傳感器組網(wǎng)方法的基本流程圖；

圖2為傳感器組網(wǎng)方法的詳細(xì)流程圖；

圖3為傳感器組網(wǎng)方法的完整流程圖；

圖4為傳感器組網(wǎng)方法的中斷流程圖；

圖5為傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)示意圖；

圖6為傳感器網(wǎng)絡(luò)的完整架構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下參考附圖1至附圖6，對本發(fā)明的各實施例予以進一步地詳盡闡述。

如附圖1所示，一種傳感器組網(wǎng)方法，包括以下順序步驟：

s1.基站設(shè)備初始化；終端設(shè)備初始化；即為需要組網(wǎng)的基站和終端通電，設(shè)備的通信單元(包括基站通信單元和終端通信單元)進行自檢。

s2.所述基站掃描預(yù)設(shè)頻段，邀請所述預(yù)設(shè)頻段中工作在不同頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)；即每個初始化完成的終端工作在預(yù)設(shè)頻段中不同的頻率上，基站通過頻率掃描的方式一一與需要組網(wǎng)的終端匹配組網(wǎng)。

s3.所述基站根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所述終端的入網(wǎng)排序為加入網(wǎng)絡(luò)的所述終端分配工作時隙。因為入網(wǎng)排序的不同，根據(jù)終端的入網(wǎng)排序分配工作時隙，可以使得每個終端的工作時隙都是唯一的，使得每個終端與基站的通信時間都是不同的，避免了終端之間的相互干擾。

具體的，預(yù)設(shè)頻段一般為2.4ghz以上的公用頻段。其具體寬窄可以根據(jù)不同通信芯片的通信信道寬窄和設(shè)計接入終端的數(shù)量來具體設(shè)定。同時，2.4ghz為本發(fā)明的基礎(chǔ)頻率。

步驟s2中基站邀請終端加入網(wǎng)絡(luò)，指的是基站的寄存單元將頻率掃描中當(dāng)前掃描的頻率與應(yīng)答的終端記錄并關(guān)聯(lián)。同時，該應(yīng)答的終端也在其存儲單元中記錄基站的信息。步驟s3中的工作時隙為網(wǎng)絡(luò)中單個終端與基站進行數(shù)據(jù)傳輸(點對點)的時間段。基站在每個工作時隙的對應(yīng)時間內(nèi)開啟接收模式，并將該時間段內(nèi)收到的數(shù)據(jù)與該工作時隙匹配的終端相關(guān)聯(lián)。以此確定收到的數(shù)據(jù)來自哪個終端。

在優(yōu)選的實施例中，該數(shù)據(jù)來源可以通過終端直接記錄在數(shù)據(jù)中，基站的主控模塊對數(shù)據(jù)處理時即可知道該數(shù)據(jù)來源，有助于基站在接收數(shù)據(jù)時僅工作在接收模式對數(shù)據(jù)進行保存即可，減小了對基站資源的消耗。

在優(yōu)選的實施例中，基站與終端僅僅是具體的工作模式不同，其硬件配置可以是相同的，出廠設(shè)置時均以終端的工作模式工作。具體實施無線傳感器組網(wǎng)時，可以通過上位機與某個終端進行連接，將其激活為基站，使其工作在基站的工作模式。

如附圖2所示，在本實施例中，步驟s1包括以下步驟：

s11.所述基站的基站通信單元載入所述預(yù)設(shè)頻段；即基站通信單元在主控單元的控制下，載入需要掃描的預(yù)設(shè)頻段。該預(yù)設(shè)頻段可以使出廠時設(shè)置好的，也可以是上位機給基站指定的。優(yōu)選的，該需要掃描的預(yù)設(shè)頻段，其掃描的開始頻率設(shè)定為2.4ghz，掃描帶寬為125mhz。

s12.所述終端的終端通信單元設(shè)置為接收模式，將接收頻率固定在其初始化頻率上，等待接收所述基站的基站通信單元發(fā)來組網(wǎng)邀請。

再進一步的，所述初始化頻率包括在所述預(yù)設(shè)頻段中，且所述初始化頻率為所述終端的絕對編號與跳頻間隔的乘積加上基礎(chǔ)頻率的和；所述跳頻間隔不小于所述終端通信信道的最小頻率寬度。需要指出的是，每個終端的絕對編號一般理解為物理地址，但在實際操作中其物理地址一般過于復(fù)雜，要通過一定的簡化算法(如哈希)進行相應(yīng)的簡化得到絕對編號，以避免絕對編號與跳頻間隔的乘積過大，導(dǎo)致其與基礎(chǔ)頻率(2.4ghz)的和而超出預(yù)設(shè)頻段的范圍。根據(jù)上述公式，與基站組網(wǎng)的所有終端的初始化頻率均不相同。

在優(yōu)選的實施例中，加入網(wǎng)絡(luò)的終端，其工作頻率可以由基站進行指定，以填補失效或者故障導(dǎo)致無法傳輸數(shù)據(jù)的終端，其工作頻率與初始化頻率可能存在差異。

在本實施例中，步驟s2包括以下步驟：

s21.所述基站在所述預(yù)設(shè)頻段中順序改變發(fā)送頻率進行所述組網(wǎng)邀請的發(fā)送；即基站在預(yù)設(shè)頻段中，根據(jù)由低到高或者由高到低的次序，不斷的改變基站通信單元的發(fā)射頻率來發(fā)送組網(wǎng)邀請，并在每次發(fā)射后由發(fā)送模式轉(zhuǎn)為接收模式等待該頻點上可能存在的終端的回應(yīng)。如果在一定時間內(nèi)沒有回應(yīng)，基站通信單元再次轉(zhuǎn)換為發(fā)送模式，提高頻率發(fā)送組網(wǎng)邀請。該組網(wǎng)邀請為一段識別信息，收到該識別信息的終端可以根據(jù)該識別信息得到負(fù)責(zé)組網(wǎng)的基站的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

s22.當(dāng)所述發(fā)送頻率與所述初始化頻率相同時，所述終端接收到所述組網(wǎng)邀請；即終端確認(rèn)了有基站需要進行組網(wǎng)的要求，并準(zhǔn)備響應(yīng)。

s23.所述終端將組網(wǎng)邀請回送給所述基站，所述基站將所述終端納入網(wǎng)絡(luò)中并為該終端設(shè)定工作頻率。

在本實施例中，終端的工作頻率可以與其初始化頻率相同，以實現(xiàn)獨立的通信信道，避免不同終端之間的工作頻率干擾，數(shù)據(jù)實時性較好。

在優(yōu)選的實施例中，基站將所有入網(wǎng)的終端的工作頻率設(shè)定在同一個頻率，使網(wǎng)絡(luò)中每個終端都工作在相同的工作頻率上，通過不同的工作時隙接收相應(yīng)終端的數(shù)據(jù)，避免不同終端之間干擾的同時節(jié)約了通信信道，增加了網(wǎng)絡(luò)擴容的靈活性。優(yōu)選的，該工作頻率可以采用2.4ghz+5mhz，初始化頻率可以僅為掃描存在。

s24.所述基站繼續(xù)改變發(fā)送頻率發(fā)送所述組網(wǎng)邀請，以識別其他頻率上的終端。當(dāng)掃描完預(yù)設(shè)頻段后，即可開始對終端上傳感器數(shù)據(jù)的收集。

在具體實施中，為了防止終端未能收到基站發(fā)送的組網(wǎng)邀請或者基站發(fā)送失敗。本發(fā)明采用重復(fù)發(fā)送的方法，當(dāng)10ms時間(該時間間隔可根據(jù)實際情況，通過上位機進行調(diào)整)后，基站會再次在相同的頻率發(fā)送相同內(nèi)容的組網(wǎng)邀請，若終端收到則將組網(wǎng)邀請的返回基站，表示加入此網(wǎng)絡(luò)，可以有效的避免基站與終端之間可能存在的溝通失敗。

在本實施例中，步驟s3還包括以下步驟：

s31.所述基站根據(jù)所述終端的入網(wǎng)排序為該終端分配相應(yīng)的工作節(jié)點號；

s32.所述基站在傳輸周期開始時統(tǒng)一向網(wǎng)絡(luò)中的所有終端發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸命令，激活所述終端的定時單元；

s33.所述定時單元達到工作時隙時，所述終端向所述基站傳輸數(shù)據(jù)。

在具體實施時，工作節(jié)點號通常包含在基站確認(rèn)終端加入網(wǎng)絡(luò)時給終端發(fā)送的消息中，該工作節(jié)點號是以已加入網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點的數(shù)量來確定的，是一個沒有被分配的數(shù)字。例如已有10個終端加入網(wǎng)絡(luò)，那么再分配時，就會將11號分配給新加入的終端，未分配的工作節(jié)點號就會自動增加為12，并準(zhǔn)備發(fā)送給下一個接入網(wǎng)絡(luò)的終端，依此類推。當(dāng)將整個預(yù)設(shè)頻段掃描完成時，網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點個數(shù)就會知曉，那么基站的輪詢周期也就可以計算出來。同時，各終端知道自己的工作節(jié)點號，就知曉了本節(jié)點的工作時隙，當(dāng)定時單元的計時時間到達此工作時隙時，就會將數(shù)據(jù)發(fā)送給基站，避免了和其他終端在時間上的沖突。

基站的輪詢周期即為傳輸周期，其周期開始時同時激活所有終端的定時單元，可以保證終端與基站在工作時隙上的同步。避免依靠終端的內(nèi)部時鐘進行計時。因為即使每個終端的時鐘精度很高，但隨著時間的推移，必然會產(chǎn)生誤差，這就會造成各終端之間在發(fā)送數(shù)據(jù)時的相互碰撞，使網(wǎng)絡(luò)傳輸不穩(wěn)定；

在本實施例中，所述工作時隙為所述終端的所述工作節(jié)點號與單位延時的乘積；所述單位延時大于等于所述基站從發(fā)送模式轉(zhuǎn)換為接收模式的最小時間。可以保證基站能夠做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，也使得每個終端的工作時隙均不同且不會相互干擾。例如：設(shè)定每一個單位延時為3ms，網(wǎng)絡(luò)的第一個終端，即分配的工作節(jié)點號為1的節(jié)點，其定時單元設(shè)定的時間則為1*3ms，這樣在接收到基站的開始命令后，延遲3ms后該終端開始傳輸數(shù)據(jù)。3ms的延遲是非常有必要的，這樣保證了基站有足夠的時間去轉(zhuǎn)換為接收模式，去接收一個完整的數(shù)據(jù)幀。之后的終端的延遲時間都是與其分配的工作節(jié)點號相關(guān)，例如分配節(jié)點號為3的終端，其定時單元的延遲時間為3*3ms，依次類推，每個終端都錯開進行數(shù)據(jù)傳輸。

在本實施例中，步驟s3還包括以下步驟：

s34.網(wǎng)絡(luò)中的所有終端依次在所述傳輸周期的保留時間段向所述基站發(fā)送終端狀態(tài)信息；所述保留時間段為最大的所述工作節(jié)點號加一后與所述單位延時的乘積。

這里需要注意的是，基站設(shè)定的每幀數(shù)據(jù)的傳輸周期，其時間長度要比工作節(jié)點號最大的終端的延時要長，一般在傳輸周期的開始和結(jié)束多設(shè)置一個時間段；開始部分是為了讓基站節(jié)點有充分的時間進行模式轉(zhuǎn)換，即從發(fā)送模式到接收模式的轉(zhuǎn)換；在周期的末尾部分保留時間段是為了返回終端的狀態(tài)信息，例如終端的電池電量，工作狀態(tài)等。這個保留時間段并不是每個終端在每幀數(shù)據(jù)都使用，每次傳輸周期就只有一個終端占用此時間段，各終端依次使用。

如附圖3所示，在本實施例中，傳感器組網(wǎng)方法還包括以下步驟：

s4.所述基站在預(yù)定時間內(nèi)掃描擴容頻率，邀請工作在所述擴容頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)；若有新的所述終端加入，則進入步驟s3；

s5.所述基站對所述傳送周期內(nèi)未發(fā)送數(shù)據(jù)的所述終端進行無響應(yīng)計數(shù)，當(dāng)無響應(yīng)記數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)時，將該終端從網(wǎng)絡(luò)中刪除；

s6.所述基站告知網(wǎng)絡(luò)中所有工作節(jié)點號大于被刪除的終端的所述終端，所述工作節(jié)點號自動減一。

具體的，本發(fā)明為了提高傳感器組網(wǎng)的靈活性，網(wǎng)絡(luò)中的終端數(shù)量是可以改變的，使網(wǎng)絡(luò)更加適應(yīng)在實際應(yīng)用。例如：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)想增加終端時，為了方便基站尋找到此額外的終端，本發(fā)明在預(yù)設(shè)頻段中專門保留了一個擴容頻率為之使用，優(yōu)選2.4ghz+125mhz這個頻率。當(dāng)額外終端上電初始化完成后，其會工作在接收模式，并且工作在擴容頻率上。當(dāng)接收到基站的入網(wǎng)邀請時，便會應(yīng)答返回消息，加入網(wǎng)絡(luò)并獲得工作節(jié)點號。在優(yōu)選的程序中，我們設(shè)定每隔90幀數(shù)據(jù)時，基站會掃描一次擴容頻率，查看是否有開機的額外終端需要加入。在優(yōu)選的實施例中個，額外加入的終端在加入網(wǎng)絡(luò)后，會工作在基站為他分配的新的頻率，以空出擴容頻率，等待其他需要加入的終端接入。

同時，在網(wǎng)絡(luò)需要刪除終端時，一般為在多個傳輸周期中均無數(shù)據(jù)發(fā)送給基站的長時間無響應(yīng)(無數(shù)據(jù)傳輸)的終端，如已經(jīng)斷電或者關(guān)閉的終端。具體操作中，基站的主控單元會設(shè)置有無響應(yīng)的預(yù)設(shè)次數(shù)，當(dāng)基站將長時間(無響應(yīng)記數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)時)收不到此終端節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，就會將此終端刪除，并發(fā)送一條消息告知所有大于此工作節(jié)點號的終端，這些終端將自己的工作節(jié)點號自動減小1，即都往前移動一個時隙。這樣這個節(jié)點就在網(wǎng)絡(luò)中完全刪除了，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的工作穩(wěn)定。

如附圖4所示，在優(yōu)選的實施例中，傳感器組網(wǎng)方法還包括以下步驟：

z1.所述基站接收控制命令，中斷當(dāng)前步驟；

z2.執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)程序；

z3.該響應(yīng)程序執(zhí)行完畢，所述基站退出中斷，回到中斷前的步驟繼續(xù)執(zhí)行；所述控制命令包括上位機命令和外部中斷命令。

步驟z1至z3可以提高網(wǎng)絡(luò)中基站對上位機及外部中斷的響應(yīng)。即基站在采用中斷的方式接收并響應(yīng)控制命令，該控制命令包括上位機命令(通過連接上位機的串口輸入的控制命令)和外部中斷接收命令(通過無線傳輸?shù)姆绞捷斎氲目刂泼?，如某個終端加入的加入請求)?；疽坏┙邮盏椒现袛鄺l件的控制命令，就會響應(yīng)該請求并進入對應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)中，執(zhí)行相應(yīng)的程序(函數(shù))，當(dāng)該程序執(zhí)行完畢時，基站回到原來的程序步驟繼續(xù)執(zhí)行。

如附圖5所示，為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括基站和至少一個終端，所述基站設(shè)置有：

主控單元，用于控制基站以及處理所述終端輸入的數(shù)據(jù)，即協(xié)調(diào)和控制基站中各功能模塊之間的工作狀態(tài)和提供數(shù)據(jù)處理能力，以及為外圍設(shè)備(如上位機)提供相應(yīng)的通信接口，并通過固件下載接口實現(xiàn)的運行程序的下載和調(diào)試。

基站通信單元，用于掃描預(yù)設(shè)頻段，并邀請所述預(yù)設(shè)頻段中工作在不同頻率的所述終端加入網(wǎng)絡(luò)，即提供基站無線通信的功能，控制基站和終端之間的應(yīng)答和數(shù)據(jù)的收發(fā)。

需要指出的是，在優(yōu)選的實施例中，基站和終端的硬件配置基本是相同的，為了便于功能上是描述，兩者中實現(xiàn)類似功能的硬件單元采用了不同的命名以示基站和終端的區(qū)別。所述終端設(shè)置有：

微控單元，用于控制終端的工作模式以及設(shè)置初始化頻率；和基站的主控單元類似的，微控單元主要完成的也是協(xié)調(diào)和控制終端中各功能模塊之間的工作狀態(tài)和提供數(shù)據(jù)處理能力，包括控制相應(yīng)的傳感器采集數(shù)據(jù)。還包括為基站提供相應(yīng)的通信接口，并執(zhí)行基站運行程序時對終端的控制命令。

采集單元，用于采集數(shù)據(jù)，如傳感器感應(yīng)到的海拔信息、加速度信息、位置信息、溫度信息、壓力信息等。

終端通信單元，用于根據(jù)所述基站分配的工作時隙向所述基站發(fā)送數(shù)據(jù)，與基站的基站通信單元類似的，提供終端的無線通信功能，如設(shè)定終端的無線信號頻率，與基站的數(shù)據(jù)交換等。

如附圖6所示，在本實施例中，所述主控單元還用于記錄無響應(yīng)次數(shù)；所述基站還設(shè)置有：

寄存單元，用于記錄所述終端的入網(wǎng)順序、工作頻率和狀態(tài)信息；在實際操作中，寄存單元一般是主控單元的一部分，以保證主控單元的數(shù)據(jù)處理可以順利執(zhí)行。在其他實施例中，兩者也可以分設(shè)在不同的硬件主體中。

中斷控制單元，用于接收上位機命令或者外部中斷命令，停止現(xiàn)執(zhí)行步驟，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)函數(shù)，該中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行完畢后恢復(fù)步驟的執(zhí)行；具體實施時，中斷控制單元一般集成在主控單元中，使得主控單元可以及時響應(yīng)外部命令，提供網(wǎng)絡(luò)的實時性和可操控性。

在具體實施中，主控單元記錄的某個終端無響應(yīng)次數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)時，基站即認(rèn)為該終端已經(jīng)掉線，并將該終端從網(wǎng)絡(luò)中刪除。主控單元還用于記錄各終端的工作時隙，當(dāng)步驟s32開始執(zhí)行時，即基站在傳輸周期開始時統(tǒng)一向網(wǎng)絡(luò)中的所有終端發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸命令，激活所述終端的定時單元時，主控單元的記時功能也同時激活，使得基站的計時與終端的計時是一致的，如：工作節(jié)點號為1的終端在工作時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)給基站，基站的計時單元的時間正好也是該終端的工作時隙，基站即可知道此時接收的數(shù)據(jù)來自工作節(jié)點號為1的終端，以此保證基站與終端之間的同步。

所述終端還設(shè)置有：

定時單元，用于計算工作時隙，使得終端與基站之間完成同步，避免數(shù)據(jù)傳輸時與其他的終端沖突。

存儲單元，用于記錄絕對編號、工作節(jié)點號和傳感器數(shù)據(jù)，以及終端的身份信息。

在優(yōu)選的實施例中，主控單元和微控單元采用的芯片為stm32f407vgt6，其主頻高達168mhz，1mb的flash，192+4kb的sram為運行可靠穩(wěn)定的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)程序以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速實時存儲提供了快速的運算和處理能力，其封裝為64-lqfp(10mmx10mm)，面積很小，使得實現(xiàn)整個傳感器節(jié)點(基站或者終端)的微型化成為了可能。該芯片具有高達17個定時器，3個iic接口，3個spi接口，4個usart接口，3個ad轉(zhuǎn)換器，為連接外圍設(shè)備提供了極其豐富的數(shù)據(jù)通信接口，主控內(nèi)置了jtag接口，通過該固件下載接口即可為基站或者終端下載和調(diào)試程序。

基站通信單元和終端通信單元優(yōu)選采用的芯片為nrf24l01+，芯片nrf24l01+與主控模塊的數(shù)據(jù)通信協(xié)議為spi，其工作在2.4g的ism頻段，最高無線傳輸速率為2mbit/s，因此mems慣性傳感器節(jié)點的射頻傳輸?shù)乃俾史浅？?，保證了數(shù)據(jù)無線通信的實時性；芯片內(nèi)置了enhancedshockbursts控制器允許主控模塊工作在低速通信而無線部分高速通信，減少了通信的電流消耗，增強型shockbursttm模式可以使得雙向鏈接協(xié)議執(zhí)行起來更為容易有效，典型的雙向鏈接為基站要求終端在接收到數(shù)據(jù)后有應(yīng)答信號以便于基站檢測有無數(shù)據(jù)丟失，一旦數(shù)據(jù)丟失則通過重新發(fā)送功能將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)。增強型的shockbursttm模式還可以同時控制應(yīng)答及重發(fā)功能而無需增加主控模塊的工作量。

在優(yōu)選的實施例中，基站(或者終端)連接外部設(shè)備還可以通過usb接口實現(xiàn)。該usb接口轉(zhuǎn)串口的芯片為cp2102，其與主控單元或者微控單元的通信協(xié)議為usart，其具有集成度高的特點，可內(nèi)置usb2.0全速功能控制器、usb收發(fā)器、晶體振蕩器、eeprom及異步串行數(shù)據(jù)總線(uart)，支持調(diào)制解調(diào)器調(diào)制全功能信號，且無需任何外部的usb器件。usb接口芯片用cp2102可以較好的完成傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中usart接口的rs232協(xié)議和usb2.0協(xié)議的電平轉(zhuǎn)換和通信控制的工作。

在其他實施例中，還可以采用si24r1芯片或者nrf24le1芯片作為無線通信單元(包括基站通信單元和終端通信單元)來實現(xiàn)傳感器組網(wǎng)的效果。同時，也可采用stm32f407zgt6芯片來代替stm32f407vgt6芯片作為主控單元或者微控單元。

目前的傳感器組網(wǎng)環(huán)境下，本發(fā)明所要求保護的方案很好的保證了傳感器組網(wǎng)通信時基站與終端之間通信實時性，信道獨立和工作時隙的獨立可以有效避免數(shù)據(jù)通信時的沖突，提高數(shù)據(jù)的實時性和穩(wěn)定性。同時，采用預(yù)留擴容頻率可以方便的對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行擴容，使得本發(fā)明的傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)更靈活，也避免了增加終端對整個網(wǎng)絡(luò)的工作穩(wěn)定性帶來影響。

上述內(nèi)容，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限制本發(fā)明的實施方案，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的主要構(gòu)思和精神，可以十分方便地進行相應(yīng)的變通或修改，故本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所要求的保護范圍為準(zhǔn)。