任 斌，鄭國(guó)勛，張哲寧

（長(zhǎng)春工程學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012）

0 前言

我國(guó)北方城市隨著冬季臨近，為了防御嚴(yán)寒，無(wú)論居民家還是企事業(yè)單位都會(huì)開(kāi)始供暖。由于供暖面積廣，許多城市都會(huì)采取集中供暖的方式運(yùn)行。這種供暖方式讓企業(yè)對(duì)于熱用戶的溫度數(shù)據(jù)不能及時(shí)感知，盲目供暖，使得熱用戶室內(nèi)溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)需求，同時(shí)對(duì)于供熱企業(yè)自身而言，由于沒(méi)有參照數(shù)據(jù)，不能很好地發(fā)揮能源利用率，降低供暖成本。如采取人工方式，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不準(zhǔn)確、不及時(shí)；因此，開(kāi)發(fā)室內(nèi)供暖溫度無(wú)線采集平臺(tái)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，顯得十分必要。

溫度無(wú)線采集平臺(tái)主要由硬件平臺(tái)、通信協(xié)議、上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)構(gòu)成。本文根據(jù)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)，定義上位機(jī)采集軟件通過(guò)串口采集數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)驗(yàn)證順序，并由與上位機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡(jiǎn)稱WSN）[1]是大量的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能感知、采集、處理和傳輸所監(jiān)測(cè)區(qū)域的相關(guān)信息，具有廣闊的應(yīng)用前景，比如智能農(nóng)業(yè)、智能家居、智能交通與醫(yī)療監(jiān)控等領(lǐng)域。整個(gè)無(wú)線傳感器使用匯聚點(diǎn)收集網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，形成以匯聚點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的傳輸樹(shù)。

節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)使用Zigbee協(xié)議棧[2]，它是Zigbee聯(lián)盟規(guī)定的一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。在Zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，自身沒(méi)有定義物理層和MAC層，而直接采用IEEE802.15.4的定義，因此，Zigbee聯(lián)盟主要完成網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)安全的定義。高層協(xié)議發(fā)起請(qǐng)求原語(yǔ)，請(qǐng)求底層提供某項(xiàng)服務(wù)，與之相對(duì)應(yīng)的是底層對(duì)高層的請(qǐng)求作出確認(rèn)；同時(shí)，底層協(xié)議可以通過(guò)指示原語(yǔ)指示高層處理事件，對(duì)底層的指示高層作出響應(yīng)。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 串口數(shù)據(jù)格式定義及采集流程

由于硬件系統(tǒng)采用億道電子設(shè)備，所以數(shù)據(jù)采集格式及流程定義應(yīng)符合底層定義[3]。PC機(jī)與網(wǎng)關(guān)板之間通信采用大端模式，數(shù)據(jù)校驗(yàn)采用累加算法，所傳數(shù)據(jù)均采用十六進(jìn)制格式。具體內(nèi)容如下。

2.1.1 串口數(shù)據(jù)格式定義

圖1 串口數(shù)據(jù)格式定義

數(shù)據(jù)幀格式由10個(gè)字段構(gòu)成，具體內(nèi)容如下：

幀頭（Com＿Head）：表示該幀屬于控制幀還是數(shù)據(jù)幀，如屬于控制幀，又分為主機(jī)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送的應(yīng)答幀和網(wǎng)關(guān)向主機(jī)發(fā)送的應(yīng)答幀，如屬于數(shù)據(jù)楨，則表示傳輸?shù)氖莻鞲衅骶唧w數(shù)據(jù)。

標(biāo)志（IC＿Type）：用于字段確認(rèn)，如有需要可自行修改。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（Data＿Len）：表示該幀數(shù)據(jù)區(qū)域的長(zhǎng)度。

傳感器類型（Sensor＿Type）：表示該數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生的傳感器種類，常見(jiàn)的傳感器如溫度、濕度、紅外、血壓、火焰、流量等，本平臺(tái)采集的傳感器種類為溫度傳感器。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備地址（Src＿Addr）：表示傳感器數(shù)據(jù)傳到終端的最后設(shè)備即網(wǎng)關(guān)的地址。

初始節(jié)點(diǎn)地址（Ori＿Addr）：表示初始產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀的節(jié)點(diǎn)地址。

幀序列號(hào)（Seq＿No）：表示傳感器數(shù)據(jù)幀的序列號(hào)。

跳數(shù)（Hop＿Cnt）：表示傳感器數(shù)據(jù)到達(dá)終端時(shí)經(jīng)過(guò)的設(shè)備數(shù)。

數(shù)據(jù)區(qū)域（Data＿Buf）：表示傳感器采集的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。

幀校驗(yàn)（Fcs）：用于幀校驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)幀是否有錯(cuò)誤。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集流程

數(shù)據(jù)采集流程詳見(jiàn)圖2。

2.2 軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)功能模塊由5部分構(gòu)成，如圖3所示。

2.2.1 串口功能模塊

對(duì)串口進(jìn)行初始化設(shè)置，包括串口號(hào)碼、波特率、停止位、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位，以及可以打開(kāi)串口和關(guān)閉串口。

2.2.2 地圖管理功能模塊

點(diǎn)擊加載地圖按鈕可以加載地圖到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將對(duì)應(yīng)的房間號(hào)碼與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，便于查看。如圖4所示。

2.2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)管理與數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊

傳感器節(jié)點(diǎn)管理模塊主要用于當(dāng)點(diǎn)擊左側(cè)部署地點(diǎn)列表時(shí)，右側(cè)顯示出對(duì)應(yīng)的地圖以及地圖上部署的傳感器位置，如圖5所示。

圖5 節(jié)點(diǎn)管理界面

數(shù)據(jù)監(jiān)控功能模塊在監(jiān)控程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)擊左側(cè)傳感器列表，可以動(dòng)態(tài)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并且將數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行曲線輸出，下方表單會(huì)顯示所有的數(shù)據(jù)列表。動(dòng)態(tài)曲線每秒鐘刷新1次，可以設(shè)置刷新時(shí)間，刷新時(shí)間要小于傳感器間隔時(shí)間。動(dòng)態(tài)曲線頁(yè)面可以存儲(chǔ)10個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，超過(guò)10個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，圖像向右方移動(dòng)。如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)監(jiān)控

2.2.4 歷史記錄查詢功能模塊

對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并設(shè)置打印功能。

2.3 主要功能模塊代碼

通過(guò)VC＋＋平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，主要功能模塊代碼如下[4]。

2.3.1 串口部分

2.3.2 動(dòng)態(tài)曲線繪制部分

2.3.3 地圖顯示部分

2.3.4 繪制圖像

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確、高效、穩(wěn)定地采集所需溫度數(shù)據(jù)；同時(shí)，由于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)成本較低，網(wǎng)絡(luò)搭建方便，具有較強(qiáng)的實(shí)用推廣價(jià)值。

[1]杜曉通.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：160－190.

[2]鐘永鋒.ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2011：12－13.

[3]億道電子技術(shù)有限公司.物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[EB／OL].[2010－05－04].http：／／www.emdoor.com.cn.

[4]孫鑫.孫鑫作品系列：VC＋＋深入詳解[M].北京：人民郵電出版社，2012：120－190.