专利名称：基于无线数据采集的系统及其组网方法
技术领域：
本发明涉及一种系统组网方法，特别地，涉及一种基于无线数据采集的系统及其组网方法。
背景技术：
无线数据采集是把采集到的数据通过无线途径来传输，其采集终端都是一个个带有传感单元，数据处理单元和无线通信单元的智能节点，传感单元把要采集的物理量变成数字量以便于处理和传输，数据处理单元带有微控制器，可对采集的数据进行运算处理，无线通信单元用来进行数据的收发，若干个节点结合一个基站可组成一个簇，基站和节点的结构相似，要想多个节点采集的数据在监控终端上实时显示，就需要一个可靠安全的系统组网方法来进行数据的调度。目前，无线数据采集的系统组网方法有很多种，但多数还停留在理论研究的过程中，在简单的微控制器中难以实现，主要存在如下不足1、目前的许多组网方法为了提高节点的数量，导致网过于复杂；2、许多组网方法考虑了系统的移动性，而处理移动过程中节点的数据传输需要设计复杂的协议；3、许多组网方法为了提高传输可靠性，设计了复杂的跳频策略，而这些策略在微控制器中难以实现。弥补上述不足，无线数据采集的系统组网方法，虽然不能应用到各种场合，但是，在固定无线数据采集领域还是能得到实际的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种基于无线数据采集的系统及其组网方法，该系统结构简单，组网方法能够在微控制器中实现，可用于工业控制领域的数据采集，且能用跳频措施抵抗通信过程中的干扰。本发明的目的是通过以下方案来实现的，一种基于无线数据采集的系统，该系统由若干个节点和能与上位机监控终端通信的基站组成，各个节点和基站之间通过一定的系统组网方法，有组织的把将采集的数据送到监控终端，其特征在于，上述节点包括微控制器 1、数据采集模块2、控制输出模块3、无线通信模块4 ；微控制器1分别与数据采集模块2、控制输出模块3、无线通信模块4连接，用于采集数据的运算处理；数据采集模块2，用于采集被测对象的各种数字量和模拟量；控制输出模块3，用于各种数字量和模拟量的输出；无线通信模块4，用于节点和基站直接的数据传输；无线数据采集的系统中的基站，用于接收各个节点采集的数据并与上位机通信。本发明的进一步目的在于提供一种基于无线数据采集的系统的组网方法，该方法包括以下步骤
(1)、布置节点和能与上位机监控终端通信的基站，
(2)、初始化节点和基站；
在节点和基站的微控制器中，开辟 if个子信道忭m个蜂窝使用将个子信道依次排序构成跳频序列表，其中个信道为当前m个蜂窝的使用信道，其余个为备用信道；
(3)、建立基站和节点之间的通信网络，其具体如下
基站按节点ID号循环扫描所有节点，如果被扫描到的节点有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个请求帧，如果被扫描到的节点没有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个应答帧，如果节点接收处出现CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道中，再次
与基站通信；
(4)、建立基站和上位机监控终端的通信网络，其具体如下
节点做出应答后，基站判断节点回复的请求是应答帧还是请求帧，如果节点回复的请求是应答帧，则基站继续点名，如果节点回复的请求是请求帧，则基站把此帧发送给上位机监控终端，如果基站接收处出现CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道中，再次建立通信；
(5)、当上位机监控终端有命令要发送时，基站则停止点名，直接发送上位机监控终端的命令帧。本发明的一种基于无线数据采集的系统及其组网方法与现的技术相比较具有益效果是该组网方法简单易行，不受开发平台限制；其跳频方法能有效抵抗工控领域的偶然干扰；变长的帧格式和单信道多址扫描能够高效的处理数据；此种组网方法能够应用到工控领域数据采集的各个方面。
图1是本发明的一种无线数据采集的系统的模型示意图； 图2是本发明的一种无线数据采集的系统的节点的结构框图； 图3是本发明的一种无线数据采集的系统的基站的结构框图4是本发明的一种基于无线数据采集的系统的组网方法的步骤3中的点名帧格式示意图5是本发明的一种基于无线数据采集的系统的组网方法的步骤3中的请求帧格式示意图6是本发明的一种基于无线数据采集的系统的组网方法的步骤3中的应答帧格式示意图7是本发明的一种基于无线数据采集的系统的组网方法的步骤3中的命令帧格式示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实例作进一步详细说明。如图1、2、3所示，本发明的一种基于无线数据采集的系统，该系统由一个个带有传感单元的节点及能与上位机监控终端通信的基站组成，该系统根据被测对象布置多个的节点，通过各个节点和基站之间的系统组网把采集的数据送到监控终端，上述基站和上位机监控终端通信，中转数据，上述的节点包括微控制器1，采用TI公司的低功耗微控制器 MSP430F1611，其AD接口为8路，其IO接口为48个；数据采集模块2 ；控制输出模块3 ；无线通信模块4，微控制器1分别与数据采集模块2、控制输出模块3、无线通信模块4连接， 用于采集数据的运算处理；数据采集模块2，用于采集被测对象的各种数字量和模拟量，例如，电压、电流、温度、压力；控制输出模块3用于各种数字量和模拟量的输出，例如，输出指定电流、电压、输出各种逻辑控制信息；无线通信模块4，用于节点和基站直接的数据传输， 采用TI公司的CCllOO无线收发器，无线数据采集的系统中的基站是用于联系节点与上位机监控终端，中转数据，和上位机监控终端的接口部分，采用SP485芯片。
该无线数据采集的系统的蜂窝式网络拓扑结构如图1所示，每一个蜂窝有一个簇首，即基站，和15个节点，组成单层总线式结构，各个蜂窝处于不同的信道，而蜂窝中所有设备处于同一个信道，这样不同蜂窝之间相互独立，不会发生同频干扰的情况，每个蜂窝的基站通过RS485接口和上位机监控终端相连，如图1、2、3所示，本发明的一种基于无线数据采集的系统的组网方法，包括以下步骤
1布置节点和基站
如图1所示，无线数据采集的系统由若干个节点和能与上位机监控终端通信的基站组成，各个节点和基站之间通过一定的系统组网方法，有组织的把将采集的数据送到监控终端，具体描述如下
将蜂窝g中的第个节点记为为如蜂窝0中的第1个节点表示为0_1，第二个节点表示为0_2，基站表示为0_0 ；无线数据采集的系统的拓扑结构，每个蜂窝由有一个基站和15个节点组成，各个蜂窝处于不同的信道，每个蜂窝中所有一个基站和15个节点处于同一信道，每个蜂窝中的基站，采用RS485接口和上位机监控终端相连，图中，有四个蜂窝，其中，蜂窝0中的一个基站为0_0，蜂窝0中的15个节点为0_1至0_15 ；
2节点和基站的初始化
对每个节点和基站设备进行初始化，包括节点和基站上电，手动设置簇序列号及节点 ID序列号，手动设置设备的输入输出模式；
在节点和基站的微控制器中，开辟i个子信道供m个蜂窝使用，将ι个子信道依次
排序构成跳频序列表，其中m个子信道为当前m个蜂窝的使用信道，其余个为备用信道；
3建立基站和节点之间的通信网络，其具体如下
基站开始按节点id号循环扫描所有节点，如果被扫描到的节点有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个请求帧，如果被扫描到的节点没有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个应答帧，如果节点接收处出现CRC校验错误，则停止复位本地定时器， 等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道，再次与基站通信，例如，
如图1所示基站0_0先给节点0_1发送点名帧，如图4所示，点名帧格式为包头， 地址，上位机命令位，CRC校验，节点0_1收到基站的点名帧则根据内存中形成的请求帧的数据请求位，如图5所示，请求帧格式为包头、地址、CRC校验位，数据请求位，包长、索引 1、……索引η、数据n、CRC校验，判断自己是否有数据发送请求，如果有则把此时形成的请求帧发送给基站，否则发送应答帧，如图6所示，应答帧格式为包头、地址、CRC校验位，数据请求位，CRC校验，此过程中其他节点也会接收到基站发给节点0_1的点名帧，但接受过来后经过判断，不是发给自己的，这些节点将保持沉默，只要有一个节点在接收点名帧后发生CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，从而跳到备用信道建立通信；
4建立基站和上位机监控终端的通信网络，其具体如下
节点做出应答后，基站判断节点回复的请求是应答帧还是请求帧，如果节点回复的请求是应答帧，则基站继续点名，如果节点回复的请求是请求帧，则基站把此帧发送给上位机监控终端，如果基站接收处出现CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道，再次与基站通信；
5当上位机监控终端有命令要发送时，基站则停止点名，直接发送上位机监控终端的命令帧，如图7所示，命令帧格式为包头、地址、命令位、包长、索引1、……索引η、数据η、 CRC校验。上位机监控终端下达命令时，RS485接口给某个蜂窝的基站发送一个命令帧，一旦此基站接收到命令帧后则停止扫描节点，直接把此命令帧发送给相应ID号的节点设备。如图1所示的拓扑结构为例，监控终端要想给蜂窝0的节点0_3发送一个命令帧， 则先会给蜂窝0的基站0_0发送一个命令帧，基站接收到此命令帧后立即停止扫描，立即把此命令下达给节点0_3，节点0_3收到命令后，分析命令帧的内容，从而在相应端口输出相应的数值。
权利要求
1.一种基于无线数据采集的系统，该系统由一个个节点、能与上位机监控终端通信的基站组成，其特征在于，上述节点包括微处理器(1)、数据采集模块(2)、控制输出模块(3)、 无线通信模块(4)，微处理器(1)分别与数据采集模块(2)、控制输出模块(3)、无线通信模块(4)连接，用于采集数据的运算处理；数据采集模块(2)，用于采集被测对象的各种数字量和模拟量；控制输出模块(3)用于各种数字量和模拟量的输出；无线通信模块(4)，用于节点和基站直接的数据传输，无线数据采集的系统中的基站，用于连接节点和上位机监控终端。
2.一种基于无线数据采集的系统的组网方法，其特征在于，包括以下步骤a.布置节点和能与上位机监控终端通信的基站，b.初始化节点和基站；在节点和基站的微控制器中，开辟 χ个子信道忭m个蜂窝使用，将χ个子信道依次排序构成跳频序列表，其中m个信道为当前《ι个蜂窝的使用信道，其余个为备用信道；C.建立基站和节点之间的通信网络，其具体如下基站按节点ID号循环扫描所有节点，如果被扫描到的节点有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个请求帧，如果被扫描到的节点没有数据发送请求，则被扫描到的节点请求发送一个应答帧，如果节点接收处出现CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道中，再次与基站通信；d.建立基站和上位机监控终端的通信网络，其具体如下节点做出应答后，基站判断节点回复的请求是应答帧还是请求帧，如果节点回复的请求是应答帧，则基站继续点名，如果节点回复的请求是请求帧，则基站把此帧发送给上位机监控终端，如果基站接收处出现 CRC校验错误，则停止复位本地定时器，等待溢出，当节点或者基站的本地定时器溢出时，则按跳频序列表跳到某一个备用信道中，再次建立通信；e.当上位机监控终端有命令要发送时，基站则停止点名，直接发送上位机监控终端的命令帧。
全文摘要
本发明公开了一种基于无线数据采集的系统及其组网方法，该系统由一个个节点、能与上位机监控终端通信的基站组成，其特征在于，节点包括微处理器1、数据采集模块2、控制输出模块3、无线通信模块4，微处理器1分别与数据采集模块2、控制输出模块3、无线通信模块4连接，用于采集数据的运算处理；数据采集模块2,用于采集被测对象的各种数字量和模拟量；控制输出模块3用于各种数字量和模拟量的输出；无线通信模块4，用于节点和基站直接的数据传输，无线数据采集的系统中的基站是用于采集节点传输数据与上位机通信连接。该组网方法简单易行，不受开发平台限制；其跳频方法能有效抵抗工控领域的干扰。
文档编号G08C17/02GK102348295SQ20111029854
公开日2012年2月8日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者张卫东, 朱晓锦, 王海润, 赵越, 高守玮 申请人:上海大学