基于藍(lán)牙技術(shù)的溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

趙孟文 袁朝暉 王鴻輝

摘 要:目前,國(guó)內(nèi)一些高等院校與研究機(jī)構(gòu)己積極開展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究工作,但研究熱點(diǎn)主要集中在穿戴式計(jì)算、感知環(huán)境、智能教室等領(lǐng)域,在支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究尚不多見。研究利用藍(lán)牙無線通信及計(jì)算機(jī)控制技術(shù),把各個(gè)測(cè)試設(shè)備連接起來,建立一個(gè)小型的溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng),并通過對(duì)硬件電路和軟件編程設(shè)計(jì)和調(diào)試,實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、無線傳輸?shù)裙δ堋?/p>

關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);藍(lán)牙技術(shù);溫度采集系統(tǒng);無線傳輸

中圖分類號(hào):TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)21-144-03

Temperature Wireless Sensor Network System Based on Bluetooth Technology

ZHAOMengwen1,YUAN Zhaohui2,WANG Honghui2

(1.Xi′an Aero-Technology College,Xi′an,710077,China;

2.Institute of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi′an,710072,China)

Abstract:At present,some institutions of higher learning and research institutions have been active in wireless sensor network research,but mainly concentrated in the hot research wearable computing,sensing the environment,in areas such as smart classrooms,wireless sensor networks in support of the wireless communication network technology research is still rare.The use of Bluetooth wireless communication and computer control technology are researched,to connect all test equipment,and set up a small wireless sensor network temperature measurement system.Through the hardware circuitry and software design and debugging,collection,processing,wireless transmission functions of temperature data are realized.

Keywords:wireless sensor network;Bluetooth technology;temperature acquisition system;wireless transmission

0 引 言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新近興起的研究領(lǐng)域,它是由一個(gè)主機(jī)(網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn))和大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的分布式系統(tǒng)。由無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的感知和處理,并傳送給主機(jī);主機(jī)用戶可通過公共網(wǎng)絡(luò)(如Internet Work,公共交換網(wǎng)等)獲取相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的有效控制和管理[1]。它在軍事、環(huán)境、健康、家庭以及空間探索和災(zāi)難拯救等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。其無線傳感器節(jié)點(diǎn)通常分布在一些特殊的環(huán)境中,因而要求其具有低功耗、低成本、無線傳輸和分布式處理等特性。

藍(lán)牙技術(shù)是一種使用2.4 GHz頻段的短距離無線通信技術(shù)。采用快速跳頻、前向糾錯(cuò)和優(yōu)化的編碼等技術(shù),使得其具有抗干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)它還具有低功耗、低成本、使用便捷和電磁污染小等特點(diǎn)。藍(lán)牙技術(shù)的這些優(yōu)勢(shì),為其在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際應(yīng)用提供了條件[2]。

下面以研制完成的溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例,詳細(xì)介紹利用計(jì)算機(jī)、單片機(jī)及藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、無線傳輸?shù)裙δ堋?/p>

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用數(shù)字式輸出溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)AT89S2051組成溫度采集系統(tǒng)。利用重慶金甌公司生產(chǎn)的藍(lán)牙內(nèi)嵌模塊,完成溫度數(shù)據(jù)的傳輸及控制。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸、采集和處理[3]。

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示,傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù),指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DS18B20或從DS18B20送出。DS18B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。每一個(gè)DS18B20在出廠時(shí)已經(jīng)給定了惟一的序號(hào),任意多個(gè)DSl8B20可以存放在同一條單線總線上。DS18B20的測(cè)量范圍從-55~+125 ℃,增量值為-0.5 ℃,可在1 s(典型值)內(nèi)把溫度變成數(shù)字。

AT89S2051是美國(guó)ATMEL公司推出的高效單片機(jī),是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有2 KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的8位CMOS微控制器。利用AT89S2051及DS18B20完成溫度采集及傳送。

溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示,軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示[4]。

3 單片機(jī)和藍(lán)牙模塊的連接

溫度傳感器對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行處理并輸出數(shù)字信號(hào),存儲(chǔ)在單片機(jī)的寄存器中。在本系統(tǒng)中單片機(jī)和藍(lán)牙發(fā)送模塊的接口采用的是RS 232接口。采集的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙發(fā)送模塊傳輸?shù)剿{(lán)牙接收模塊上,再通過藍(lán)牙接收模塊傳輸?shù)街鳈C(jī)。最終把采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)在主機(jī)上進(jìn)行處理[4]。

這里有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換的問題。單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)是TTL信號(hào),所以在與藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)前,需要把它轉(zhuǎn)化成RS 232電平。本系統(tǒng)中采用MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換[5-7]。

接口電路圖如圖5所示。

4 主機(jī)與藍(lán)牙模塊的連接

主機(jī)和藍(lán)牙接收模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用RS 232串口連接。采集到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)浇邮漳K之后,通過RS 232接口傳輸?shù)街鳈C(jī)上。接口硬件采用金甌公司的藍(lán)牙模塊RS轉(zhuǎn)換器。通信軟件由VC編寫,將傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)街鳈C(jī),顯示出來以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[8-10]。

主機(jī)通信程序主界面如圖6所示。

5 溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

(1) 注意硬件及軟件設(shè)計(jì)的防干擾設(shè)計(jì)

AT89S2051采用上電復(fù)位電路,要注意設(shè)置并啟動(dòng)其內(nèi)部自帶的看門狗電路。軟件編程時(shí)要“喂狗”,以防止外界復(fù)雜環(huán)境對(duì)系統(tǒng)工作的影響[5]。

(2) 傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)

在傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集到的溫度數(shù)據(jù)之前,控制其先發(fā)送一個(gè)八位的二進(jìn)制標(biāo)識(shí)碼,主控機(jī)通過對(duì)這一標(biāo)識(shí)碼的識(shí)別,就可以知道所接收到的數(shù)據(jù)是由哪一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所采集發(fā)送的。理論上,這種方法一共可以標(biāo)識(shí)28=256個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(3) 傳送數(shù)據(jù)的校驗(yàn)

藍(lán)牙傳輸系統(tǒng)中,對(duì)傳輸?shù)拿恳粠瑪?shù)據(jù)都進(jìn)行了校驗(yàn),而且串口通信對(duì)傳輸?shù)拿恳粠瑪?shù)據(jù)也進(jìn)行了校驗(yàn),這就確保了數(shù)據(jù)傳送的正確性。實(shí)驗(yàn)也證明了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送性能良好[7]。

(4) 控制各傳感器節(jié)點(diǎn)工作時(shí)序

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),將各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)置于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)需要哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)工作時(shí),從主機(jī)上發(fā)送相應(yīng)的指令,將該傳感器節(jié)點(diǎn)激活,使它采集傳輸數(shù)據(jù)。使用這種方法時(shí),同時(shí)工作的傳感器節(jié)點(diǎn)不能過多,要保證藍(lán)牙跳頻技術(shù)能夠解決同時(shí)工作的傳感器節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸沖突問題。

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