基于SimpliciTI网络协议的无线温度采集系统

王昕玮

摘 要：文章基于SimpliciTI网络协议设计一种低功耗无线温度采集系统。本系统硬件采用低功耗单片机MSP430F5308和射频芯片CC1101组成无线通讯模块，温度采集模块使用MCP9808数字温度传感器芯片。本系统具有低功耗，方便移动，组网灵活，测量精度高，不受环境限制等优点。

关键词：SimpliciTI协议；无线通信；温度采集

1 概述

随着我国生产技术的不断更新，现代化进程的不断加快，各种各样的生产环境下的温度采集系统也在不断的发展。传统的温度采集系统多使用有线的方式采集温度，有线方式通常存在布线复杂，维护不方便，测量点固定等缺点。此时，无线温度采集系统应运而生，无线温度采集系统没有电缆限制，测量点方便移动，并容易安装，组网灵活，可以组成多种网路拓扑结构。本文设计一种基于SimpliciTI网络协议的无线温度采集系统。

2 SimpliciTI网络协议

SimpliciTI网络协议是TI公司开发的一种低功耗网络协议。该协议适用于简单小型的无线射频网络，该协议应用简单，降低了设计难度。SimpliciTI网络协议提供了几个基本的API函数，可以直接调用API函数进行网络应用操作，实现SimpliciTI网络的初始化、节点加入、建立连接、终止连接、ping查询、发送和接收数据等操作[1]。在SimpliciTI网络中存在3种网络设备类型：接入点（AP）、范围扩展设备（RE）和终端设备（ED）。SimpliciTI网络的建立流程为，首先AP初始化SimpliciTI网络，然后ED加入网络建立连接，最后进行数据发送。

3 系统总体构成

本系统采用串联星型的拓扑结构，主要由计算机、中心控制节点、中继节点和终端采集节点构成[2]。系统构成如图1所示，在无线温度采集系统网络中，有一个中心控制节点，进行网络的组建与管理，中继节点用于扩展网络范围，终端采集节点用于温度的采集。终端采集节点定时采集到温度数据后，可以直接发送温度数据到中心控制节点，当不能直接发送到中心控制节点时，可以发送给就近的中继节点，再由中继节点将温度数据转发到中心控制节点，最后中心控制节点将温度数据发送给计算机，使用计算机软件来监控采集到的温度。

4 系统硬件设计

本系统中各节点控制和通信部分采用相同的硬件结构，主要包括微处理器模块和无线射频模块。微处理器采用低功耗单片机MSP430F5308，支持休眠唤醒操作，具有UART，SPI，IIC等通信接口，外围电路简单。无线射频模块使用CC1101芯片作为无线收发芯片，实现节点间的通信功能，无线收发芯片CC1101具有低功耗、传输可靠、接收灵敏、抗干扰能力强、无须申请频点等特点。工作频段设定灵活，本系统设计其工作频段为433MHz。CC1101支持不同的调制格式，其数据传输速率最高可达500Kb/s，并且发射功率足够高，采用全向天线，保证发射无死区[3]。

（1）中心控制节点。本系统中心控制节点还具有USB通讯模块，能同计算机进行通信。USB模块使用USB总线转换芯片CH340G来实现USB转串口功能。计算机可以通过USB接口和中心控制节点相连，实现使用计算机软件监控和存储温度数据。

（2）中继节点。本系统中继节点由微处理器模块和射频模块组成。主要实现网络范围拓展的功能。中继节点进行不同节点间的数据转发。

（3）终端采集节点。本系统终端采集节点主要功能为温度数据的采集，温度采集模块使用MCP9808数字温度传感器。MCP9808数字温度传感器具有低功耗，采集精度高等特性。MCP9808数字温度传感器采用标准的IIC接口，操作方便。

5 系统软件设计

在本系统中，中心控制节点初始化网络后，进行信道监听操作，终端采集节点向中心控制节点发送网络连接请求，若中心控制节点接收到连接请求后，则向该终端采集节点发送应答消息，从而完成网络连接的建立。终端采集节点采用定时中断的方式进行温度采集，能够有效降低终端采集节点的功耗，温度数据采集完成后由终端采集节点向中心节点发送。本系统软件包括中心控制节点软件、中继节点软件和终端采集节点软件3个部分。

（1）中心控制节点。中心控制节点软件流程如图2（a）所示，主要实现监听是否有其他网络设备加入网络，并给加入的设备分配ID号，并且能够同加入网络的终端采集节点进行无线通信，同时把收到的温度數据上传到计算机软件中。

（2）中继节点。中继节点的主要功能是网络范围的扩展，增加通信距离，中继节点加入网络后，可以转发中心控制节点的发送的命令，也可以转发终端采集节点发送的温度数据。

（3）终端采集节点。终端采集节点软件流程图如图2（b）所示，主要功能为加入网络，利用中断方式定时采集温度数据，并向中心控制节点发送温度数据。

6 结束语

本文无线温度采集系统可以实现多终端的温度自动采集，完成温度数据通过无线网络向中心控制节点的传送，从而实现计算机软件对温度的实时监测与存储。本系统是一种组网灵活，可移动，安装方便，低功耗的无线温度采集系统，具有广泛的应用场景。

参考文献

[1]季力.基于SimpliciTI协议的无线传感器网络设计[J].工矿自动化2012，38（1）：22-26.

[2]秦川.基于CC1110的大棚温度监测网络设计[J].苏州市职业大学学报.2009，20（4）：12-14.

[3]李娟，唐小超，葛立峰.基于CC1101射频技术的室内超声定位系统[J].自动化与仪表.2009，24（6）：1-4.