基于ZigBee系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測的軟件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10010基于ZigBee系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測的軟件設(shè)計案例 179571.1引言 1299041.2ZigBee系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計 192281.2.1溫度采集模塊 122401.2.2其他數(shù)據(jù)采集模塊 2144271.3ZigBee系統(tǒng)節(jié)點間通信程序設(shè)計 3126951.3.1節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計 326041.3.2串口通信程序設(shè)計 51.1引言這里，在兩個路由之間添加一個或多個路由節(jié)點，以形成一級或多級路由，以延長通信距離。同時，增加了路由器節(jié)點，增加了傳感器節(jié)點和調(diào)整節(jié)點之間的數(shù)據(jù)延遲。為了最小化延遲，需要盡可能減少路由級的數(shù)量。路由級別的數(shù)目如下所示。使路由器節(jié)點的通信距離變長并縮短?；谝陨显?，所設(shè)計的路由器節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-16所示。因為路由器節(jié)點需要在父節(jié)點和子節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)，所以需要持續(xù)工作。路由器節(jié)點的電源也采用了業(yè)界標準的電源+24v。此外，路由器節(jié)點采用模塊化設(shè)計，主要由無線模塊、JTAG接口、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示電路以及電源模塊組成。[36-38]比較路由節(jié)點和調(diào)節(jié)節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)圖，可以發(fā)現(xiàn)前者的串行端口電路比后者的串行端口電路少。為了減輕電路設(shè)計和PCB設(shè)計的負荷，路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)節(jié)點的相同模塊的電路是相同的。因此，在此不說明路由器節(jié)點的電路設(shè)計。特定的模塊可以在協(xié)調(diào)器對應(yīng)的模塊的電路中確認。1.2ZigBee系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計1.2.1溫度采集模塊溫度傳感器的使用水的溫度數(shù)據(jù)的收集及監(jiān)視,獲取溫度模塊的主要功能,實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳送的i/o端口被發(fā)送。數(shù)據(jù)處理及處理依賴于無線頻率單元溫度或監(jiān)測單元發(fā)送數(shù)據(jù),并根據(jù)被收集的數(shù)據(jù)通過串行接口,最后獲得了向來以個性化和被處理的數(shù)據(jù)。[39]水質(zhì)監(jiān)測單元被分配到目標區(qū)域以執(zhí)行信號收集任務(wù)，這是所有監(jiān)測和評估框架正常運行的前提條件。其中，溫度傳感器起到收集水質(zhì)溫度的作用，收集水域溫度的程序總體設(shè)計如圖4-1所示。圖4-1溫度檢測模塊程序流程圖溫度監(jiān)測節(jié)點在采集數(shù)據(jù)之前需要設(shè)定單片機的時鐘頻率，其他模塊不需要執(zhí)行這個步驟。并且，電壓調(diào)節(jié)器被設(shè)定，溫度收集程序被進行了一段時間。循環(huán)直到檢測到單片機的輸入。pinp1.0有高水平的觸發(fā)要素。1.2.2其他數(shù)據(jù)采集模塊由于其他數(shù)據(jù)采集模塊的工作原理非常相似，本文對CSB數(shù)據(jù)、溶解氧數(shù)據(jù)、PH值數(shù)據(jù)和重金屬數(shù)據(jù)的采集步驟進行了總結(jié)和介紹。根據(jù)第三章的介紹，對各數(shù)據(jù)采集模塊p1.1、p1.2、p1.3、p1.4等輸入端口進行了分配，并且通過對于數(shù)據(jù)的采集能夠?qū)τ谥鞒绦虻母鱾€模塊有更加深入的了解，在控制主程序各個模塊的過程中需要對時間控制以及資源的配置進行良好的劃分，尤其是對于每個模塊之間的時間控制需要進行很好的測試分配才能夠使得信息采集效率得到提升。在觸發(fā)的過程中，無論是接受的指令還是拒絕的指令都應(yīng)該被良好得記錄下來，每一個數(shù)據(jù)都應(yīng)該被記錄，并且結(jié)合到程序里。圖4-2其他數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖1.3ZigBee系統(tǒng)節(jié)點間通信程序設(shè)計1.3.1節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計在定義的區(qū)域中設(shè)置監(jiān)視節(jié)點并對所有節(jié)點進行編號。在實際環(huán)境中，節(jié)點的大部分指定區(qū)域都需要覆蓋。水流和風向以及節(jié)點的位置可能會偶爾發(fā)生變化。注意，節(jié)點和節(jié)點之間的距離比伸卡節(jié)點的無線通信區(qū)域長，這樣數(shù)據(jù)信號就被成功地發(fā)送和接收了。主要原因[40]為了解決物理長度大于通信長度的問題，系統(tǒng)允許所有監(jiān)控節(jié)點具有傳輸功能，使得遠程數(shù)據(jù)可以通過中間節(jié)點到達丟棄節(jié)點。傳輸?shù)哪康摹９?jié)點通信數(shù)據(jù)流程圖如圖4-3所示。圖4-3節(jié)點間通信拓撲圖指定所有節(jié)點的路由節(jié)點，并在相應(yīng)節(jié)點中輸入路由表。節(jié)點工作時，所有路由節(jié)點發(fā)送自己的ID和父節(jié)點的ID、溫度和電壓數(shù)據(jù)，其他監(jiān)控節(jié)點根據(jù)路由表發(fā)送信息。最后，將信息發(fā)送到接口，接口將有關(guān)串行接口的信息發(fā)送到服務(wù)器。通過改變節(jié)點的時間和相對位置，中間節(jié)點還可以向路由節(jié)點發(fā)送新的路由表，創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)傳輸方向。表1.1未經(jīng)過路由的報文表1.2經(jīng)過路由的報文從上傳到主機的數(shù)據(jù)中可以清晰地讀取每個節(jié)點的測量值和數(shù)值，具體工作信息可根據(jù)環(huán)境條件隨時更改。監(jiān)控節(jié)點間信息傳輸過程的流程圖如下圖4-4所示。圖4-4節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸流程圖控節(jié)點具有路由和傳輸功能，標識號和路由表由硬件節(jié)點確定。在系統(tǒng)初始化之后，測量的數(shù)據(jù)信號在節(jié)點之間傳輸，并使用路由器發(fā)送到下沉節(jié)點。1.3.2串口通信程序設(shè)計放置下降節(jié)點，接收監(jiān)控節(jié)點通過無線電發(fā)送的用于水域監(jiān)測的信號消息，發(fā)送至節(jié)點串行接口。[41]主機使用串行接口檢索數(shù)據(jù)，然后開始下一步，完成所有數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。接收和傳輸信號消息的傾斜節(jié)點的河流如圖4-5所示。圖4-5匯聚節(jié)點接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)收集節(jié)點將接收到的水質(zhì)數(shù)據(jù)上傳至主計算機。主機與宿節(jié)點之間