無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的硬件平臺可擴展研究
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控制MCU負責和多個數(shù)據(jù)檢測及處理模塊進行通信，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和尋址。也負責和無線通信模塊通信，包括將采集得到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊發(fā)送出去或接收其他節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)?？刂芃CU主要是控制和調(diào)度各模塊的工作，其I2C地址是預先設定并已知的。在設計中，可采用MSP430F5438單片機作為主控MCU。使用I2C接口來連接控制MCU和多個數(shù)據(jù)檢測及處理模塊，彼此之間的連線，只有電源線、地線、時鐘線和數(shù)據(jù)線4根線，可以實現(xiàn)觸發(fā)、尋址和數(shù)據(jù)傳輸。這樣的一個接口上可以掛接多個模塊，支持多主工作，而且它們都是即插即用的。每個檢測模塊可以測量幾種物理量，當實際需要實現(xiàn)多種功能時，可以掛接多個這樣的模塊來達到要求，實現(xiàn)節(jié)點的可擴展。
3 接口的數(shù)據(jù)格式
每個數(shù)據(jù)檢測及處理模塊只有掛接在I2C接口下時，才能獲得電源。當檢測模塊插上去之后，首先檢測模塊將自己作為主機發(fā)送自己的I2C地址給控制MCU，這樣控制MCU將知道掛接在總線接口上的每個檢測模塊的地址，當它需要與某個檢測模塊通信時，可以通過該地址進行尋址。檢測模塊同樣可以對控制MCU發(fā)起中斷。I2C協(xié)議允許總線上接入多個器件，并支持多主工作，由于I2C總線具有總線仲裁機制，所以總線永遠只有一對主機和從機在進行通信，不會引起錯亂。而且I2C總線的應答機制也可以保證進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸。每個檢測模塊的傳感微處理器的狀態(tài)圖如圖4所示。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/156501.htm
數(shù)據(jù)傳輸遵循I2C協(xié)議，其數(shù)據(jù)格式采用面向?qū)ο笙⒌姆椒?，使用基本類的ID和實例ID來組成對象檢測模塊ID，分析數(shù)據(jù)時可以明白數(shù)據(jù)針對的是哪個檢測模塊。而控制MCU的類ID和實例ID均設置為0。具體的數(shù)據(jù)對象消息格式如圖5所示。
字節(jié)0為除去自身外的整個對象消息的字節(jié)總數(shù)。一般該數(shù)值不超過255。當一個對象消息的長度超過255時，須將整個消息切耕成多個字節(jié)數(shù)小于255具有同樣格式的子幀，字節(jié)1為幀協(xié)議位，用來說明子幀的情況。字節(jié)2，3為類的ID號，可以定義多個不同屬性的基本類。字節(jié)4，5為具體對象即檢測模塊的ID號，可以在基本類上實現(xiàn)多種不同的對象，具有自身獨特的屬性和功能。字節(jié)6，7為功能命令，比如對某個通道進行采集。后面的字節(jié)為數(shù)據(jù)部分，比如采集得到的傳感器數(shù)據(jù)和單位等。當數(shù)據(jù)部分的長度不是16位的倍數(shù)時，將在最后加一個字節(jié)去填補，使其長度為16位的倍數(shù)，但該字節(jié)的內(nèi)容是毫無意義的，也不計入消息的長度中，只是為了方便數(shù)據(jù)的傳送。具有對象消息格式的
數(shù)據(jù)可以在任何接口之間進行發(fā)送，由于數(shù)據(jù)包具有對象的具體ID，所以接收方能夠知道數(shù)據(jù)包針對的對象。因此無論在控制MCU與傳感微處理器之間是使用I2C接口，還是使用SPI接口，以及在主控MCU與無線通信模塊的SPI接口之間，這樣的數(shù)據(jù)格式都將能夠很好的對數(shù)據(jù)進行處理。
4 結語
無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的分布式體系結構設計改變了節(jié)點的傳統(tǒng)結構，其軟硬件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)檢測及處理模塊的即插即用，并且在一個I2C接口下面，可以掛接多個這樣的模塊，支持多主工作，使得整個節(jié)點的功能更加完善。節(jié)點各個模塊之間相互分工，彼此之間獨立工作，通過標準接口進行通信，數(shù)據(jù)格式標準化，達到多智能體結構，實際應用中可以根據(jù)需求來進行自由配置，高效靈活地針對不同應用實現(xiàn)新的硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)點硬件平臺的可擴展。
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