專利名稱：基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)組網(wǎng)方法，特別地，涉及一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法。
背景技術(shù)：
無線數(shù)據(jù)采集是把采集到的數(shù)據(jù)通過無線途徑來傳輸，其采集終端都是一個(gè)個(gè)帶有傳感單元，數(shù)據(jù)處理單元和無線通信單元的智能節(jié)點(diǎn)，傳感單元把要采集的物理量變成數(shù)字量以便于處理和傳輸，數(shù)據(jù)處理單元帶有微控制器，可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，無線通信單元用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，若干個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)合一個(gè)基站可組成一個(gè)簇，基站和節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)相似，要想多個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)在監(jiān)控終端上實(shí)時(shí)顯示，就需要一個(gè)可靠安全的系統(tǒng)組網(wǎng)方法來進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)度。目前，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)組網(wǎng)方法有很多種，但多數(shù)還停留在理論研究的過程中，在簡單的微控制器中難以實(shí)現(xiàn)，主要存在如下不足1、目前的許多組網(wǎng)方法為了提高節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，導(dǎo)致網(wǎng)過于復(fù)雜；2、許多組網(wǎng)方法考慮了系統(tǒng)的移動(dòng)性，而處理移動(dòng)過程中節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的協(xié)議；3、許多組網(wǎng)方法為了提高傳輸可靠性，設(shè)計(jì)了復(fù)雜的跳頻策略，而這些策略在微控制器中難以實(shí)現(xiàn)。彌補(bǔ)上述不足，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)組網(wǎng)方法，雖然不能應(yīng)用到各種場合，但是，在固定無線數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域還是能得到實(shí)際的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)方法能夠在微控制器中實(shí)現(xiàn)，可用于工業(yè)控制領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集，且能用跳頻措施抵抗通信過程中的干擾。本發(fā)明的目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站組成，各個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站之間通過一定的系統(tǒng)組網(wǎng)方法，有組織的把將采集的數(shù)據(jù)送到監(jiān)控終端，其特征在于，上述節(jié)點(diǎn)包括微控制器 1、數(shù)據(jù)采集模塊2、控制輸出模塊3、無線通信模塊4 ；微控制器1分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、控制輸出模塊3、無線通信模塊4連接，用于采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理；數(shù)據(jù)采集模塊2，用于采集被測對象的各種數(shù)字量和模擬量；控制輸出模塊3，用于各種數(shù)字量和模擬量的輸出；無線通信模塊4，用于節(jié)點(diǎn)和基站直接的數(shù)據(jù)傳輸；無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)中的基站，用于接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)并與上位機(jī)通信。本發(fā)明的進(jìn)一步目的在于提供一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法，該方法包括以下步驟
(1)、布置節(jié)點(diǎn)和能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站，
(2)、初始化節(jié)點(diǎn)和基站；
在節(jié)點(diǎn)和基站的微控制器中，開辟 if個(gè)子信道忭m個(gè)蜂窩使用將個(gè)子信道依次排序構(gòu)成跳頻序列表，其中個(gè)信道為當(dāng)前m個(gè)蜂窩的使用信道，其余個(gè)為備用信道；
(3)、建立基站和節(jié)點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下
基站按節(jié)點(diǎn)ID號循環(huán)掃描所有節(jié)點(diǎn)，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)請求幀，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀，如果節(jié)點(diǎn)接收處出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道中，再次
與基站通信；
(4)、建立基站和上位機(jī)監(jiān)控終端的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下
節(jié)點(diǎn)做出應(yīng)答后，基站判斷節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀還是請求幀，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀，則基站繼續(xù)點(diǎn)名，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是請求幀，則基站把此幀發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控終端，如果基站接收處出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道中，再次建立通信；
(5)、當(dāng)上位機(jī)監(jiān)控終端有命令要發(fā)送時(shí)，基站則停止點(diǎn)名，直接發(fā)送上位機(jī)監(jiān)控終端的命令幀。本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法與現(xiàn)的技術(shù)相比較具有益效果是該組網(wǎng)方法簡單易行，不受開發(fā)平臺限制；其跳頻方法能有效抵抗工控領(lǐng)域的偶然干擾；變長的幀格式和單信道多址掃描能夠高效的處理數(shù)據(jù)；此種組網(wǎng)方法能夠應(yīng)用到工控領(lǐng)域數(shù)據(jù)采集的各個(gè)方面。


圖1是本發(fā)明的一種無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的模型示意圖； 圖2是本發(fā)明的一種無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本發(fā)明的一種無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的基站的結(jié)構(gòu)框圖4是本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法的步驟3中的點(diǎn)名幀格式示意圖5是本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法的步驟3中的請求幀格式示意圖6是本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法的步驟3中的應(yīng)答幀格式示意圖7是本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法的步驟3中的命令幀格式示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、2、3所示，本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)個(gè)帶有傳感單元的節(jié)點(diǎn)及能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站組成，該系統(tǒng)根據(jù)被測對象布置多個(gè)的節(jié)點(diǎn)，通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站之間的系統(tǒng)組網(wǎng)把采集的數(shù)據(jù)送到監(jiān)控終端，上述基站和上位機(jī)監(jiān)控終端通信，中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，上述的節(jié)點(diǎn)包括微控制器1，采用TI公司的低功耗微控制器 MSP430F1611，其AD接口為8路，其IO接口為48個(gè)；數(shù)據(jù)采集模塊2 ；控制輸出模塊3 ；無線通信模塊4，微控制器1分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、控制輸出模塊3、無線通信模塊4連接， 用于采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理；數(shù)據(jù)采集模塊2，用于采集被測對象的各種數(shù)字量和模擬量，例如，電壓、電流、溫度、壓力；控制輸出模塊3用于各種數(shù)字量和模擬量的輸出，例如，輸出指定電流、電壓、輸出各種邏輯控制信息；無線通信模塊4，用于節(jié)點(diǎn)和基站直接的數(shù)據(jù)傳輸， 采用TI公司的CCllOO無線收發(fā)器，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)中的基站是用于聯(lián)系節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)監(jiān)控終端，中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，和上位機(jī)監(jiān)控終端的接口部分，采用SP485芯片。
該無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的蜂窩式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，每一個(gè)蜂窩有一個(gè)簇首，即基站，和15個(gè)節(jié)點(diǎn)，組成單層總線式結(jié)構(gòu)，各個(gè)蜂窩處于不同的信道，而蜂窩中所有設(shè)備處于同一個(gè)信道，這樣不同蜂窩之間相互獨(dú)立，不會(huì)發(fā)生同頻干擾的情況，每個(gè)蜂窩的基站通過RS485接口和上位機(jī)監(jiān)控終端相連，如圖1、2、3所示，本發(fā)明的一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法，包括以下步驟
1布置節(jié)點(diǎn)和基站
如圖1所示，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站組成，各個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站之間通過一定的系統(tǒng)組網(wǎng)方法，有組織的把將采集的數(shù)據(jù)送到監(jiān)控終端，具體描述如下
將蜂窩g中的第個(gè)節(jié)點(diǎn)記為為如蜂窩0中的第1個(gè)節(jié)點(diǎn)表示為0_1，第二個(gè)節(jié)點(diǎn)表示為0_2，基站表示為0_0 ；無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)蜂窩由有一個(gè)基站和15個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，各個(gè)蜂窩處于不同的信道，每個(gè)蜂窩中所有一個(gè)基站和15個(gè)節(jié)點(diǎn)處于同一信道，每個(gè)蜂窩中的基站，采用RS485接口和上位機(jī)監(jiān)控終端相連，圖中，有四個(gè)蜂窩，其中，蜂窩0中的一個(gè)基站為0_0，蜂窩0中的15個(gè)節(jié)點(diǎn)為0_1至0_15 ；
2節(jié)點(diǎn)和基站的初始化
對每個(gè)節(jié)點(diǎn)和基站設(shè)備進(jìn)行初始化，包括節(jié)點(diǎn)和基站上電，手動(dòng)設(shè)置簇序列號及節(jié)點(diǎn) ID序列號，手動(dòng)設(shè)置設(shè)備的輸入輸出模式；
在節(jié)點(diǎn)和基站的微控制器中，開辟i個(gè)子信道供m個(gè)蜂窩使用，將ι個(gè)子信道依次
排序構(gòu)成跳頻序列表，其中m個(gè)子信道為當(dāng)前m個(gè)蜂窩的使用信道，其余個(gè)為備用信道；
3建立基站和節(jié)點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下
基站開始按節(jié)點(diǎn)id號循環(huán)掃描所有節(jié)點(diǎn)，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)請求幀，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀，如果節(jié)點(diǎn)接收處出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器， 等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道，再次與基站通信，例如，
如圖1所示基站0_0先給節(jié)點(diǎn)0_1發(fā)送點(diǎn)名幀，如圖4所示，點(diǎn)名幀格式為包頭， 地址，上位機(jī)命令位，CRC校驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)0_1收到基站的點(diǎn)名幀則根據(jù)內(nèi)存中形成的請求幀的數(shù)據(jù)請求位，如圖5所示，請求幀格式為包頭、地址、CRC校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)請求位，包長、索引 1、……索引η、數(shù)據(jù)n、CRC校驗(yàn)，判斷自己是否有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，如果有則把此時(shí)形成的請求幀發(fā)送給基站，否則發(fā)送應(yīng)答幀，如圖6所示，應(yīng)答幀格式為包頭、地址、CRC校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)請求位，CRC校驗(yàn)，此過程中其他節(jié)點(diǎn)也會(huì)接收到基站發(fā)給節(jié)點(diǎn)0_1的點(diǎn)名幀，但接受過來后經(jīng)過判斷，不是發(fā)給自己的，這些節(jié)點(diǎn)將保持沉默，只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)在接收點(diǎn)名幀后發(fā)生CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，從而跳到備用信道建立通信；
4建立基站和上位機(jī)監(jiān)控終端的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下
節(jié)點(diǎn)做出應(yīng)答后，基站判斷節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀還是請求幀，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀，則基站繼續(xù)點(diǎn)名，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是請求幀，則基站把此幀發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控終端，如果基站接收處出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道，再次與基站通信；
5當(dāng)上位機(jī)監(jiān)控終端有命令要發(fā)送時(shí)，基站則停止點(diǎn)名，直接發(fā)送上位機(jī)監(jiān)控終端的命令幀，如圖7所示，命令幀格式為包頭、地址、命令位、包長、索引1、……索引η、數(shù)據(jù)η、 CRC校驗(yàn)。上位機(jī)監(jiān)控終端下達(dá)命令時(shí)，RS485接口給某個(gè)蜂窩的基站發(fā)送一個(gè)命令幀，一旦此基站接收到命令幀后則停止掃描節(jié)點(diǎn)，直接把此命令幀發(fā)送給相應(yīng)ID號的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。如圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，監(jiān)控終端要想給蜂窩0的節(jié)點(diǎn)0_3發(fā)送一個(gè)命令幀， 則先會(huì)給蜂窩0的基站0_0發(fā)送一個(gè)命令幀，基站接收到此命令幀后立即停止掃描，立即把此命令下達(dá)給節(jié)點(diǎn)0_3，節(jié)點(diǎn)0_3收到命令后，分析命令幀的內(nèi)容，從而在相應(yīng)端口輸出相應(yīng)的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)、能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站組成，其特征在于，上述節(jié)點(diǎn)包括微處理器(1)、數(shù)據(jù)采集模塊(2)、控制輸出模塊(3)、 無線通信模塊(4)，微處理器(1)分別與數(shù)據(jù)采集模塊(2)、控制輸出模塊(3)、無線通信模塊(4)連接，用于采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理；數(shù)據(jù)采集模塊(2)，用于采集被測對象的各種數(shù)字量和模擬量；控制輸出模塊(3)用于各種數(shù)字量和模擬量的輸出；無線通信模塊(4)，用于節(jié)點(diǎn)和基站直接的數(shù)據(jù)傳輸，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)中的基站，用于連接節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)監(jiān)控終端。
2.一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)的組網(wǎng)方法，其特征在于，包括以下步驟a.布置節(jié)點(diǎn)和能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站，b.初始化節(jié)點(diǎn)和基站；在節(jié)點(diǎn)和基站的微控制器中，開辟 χ個(gè)子信道忭m個(gè)蜂窩使用，將χ個(gè)子信道依次排序構(gòu)成跳頻序列表，其中m個(gè)信道為當(dāng)前《ι個(gè)蜂窩的使用信道，其余個(gè)為備用信道；C.建立基站和節(jié)點(diǎn)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下基站按節(jié)點(diǎn)ID號循環(huán)掃描所有節(jié)點(diǎn)，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)請求幀，如果被掃描到的節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送請求，則被掃描到的節(jié)點(diǎn)請求發(fā)送一個(gè)應(yīng)答幀，如果節(jié)點(diǎn)接收處出現(xiàn)CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道中，再次與基站通信；d.建立基站和上位機(jī)監(jiān)控終端的通信網(wǎng)絡(luò)，其具體如下節(jié)點(diǎn)做出應(yīng)答后，基站判斷節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀還是請求幀，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是應(yīng)答幀，則基站繼續(xù)點(diǎn)名，如果節(jié)點(diǎn)回復(fù)的請求是請求幀，則基站把此幀發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控終端，如果基站接收處出現(xiàn) CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，則停止復(fù)位本地定時(shí)器，等待溢出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)或者基站的本地定時(shí)器溢出時(shí)，則按跳頻序列表跳到某一個(gè)備用信道中，再次建立通信；e.當(dāng)上位機(jī)監(jiān)控終端有命令要發(fā)送時(shí)，基站則停止點(diǎn)名，直接發(fā)送上位機(jī)監(jiān)控終端的命令幀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)及其組網(wǎng)方法，該系統(tǒng)由一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)、能與上位機(jī)監(jiān)控終端通信的基站組成，其特征在于，節(jié)點(diǎn)包括微處理器1、數(shù)據(jù)采集模塊2、控制輸出模塊3、無線通信模塊4，微處理器1分別與數(shù)據(jù)采集模塊2、控制輸出模塊3、無線通信模塊4連接，用于采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理；數(shù)據(jù)采集模塊2,用于采集被測對象的各種數(shù)字量和模擬量；控制輸出模塊3用于各種數(shù)字量和模擬量的輸出；無線通信模塊4，用于節(jié)點(diǎn)和基站直接的數(shù)據(jù)傳輸，無線數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)中的基站是用于采集節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)與上位機(jī)通信連接。該組網(wǎng)方法簡單易行，不受開發(fā)平臺限制；其跳頻方法能有效抵抗工控領(lǐng)域的干擾。
文檔編號G08C17/02GK102348295SQ20111029854
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者張衛(wèi)東, 朱曉錦, 王海潤, 趙越, 高守瑋 申請人:上海大學(xué)