◆张亚林

基于ZigBee的室内监测节点功能设计与实现

◆张亚林

（广州应用科技学院 广东 511370）

本文基于WSN实现其中的各监测节点进行数据采集并将采集的数据实时准确地无线传输给主控节点。

WSN；无线传感节点；数据采集传输

1 监测节点功能概述

本文利用ZigBee节点和协调器组建WSN作为室内监测网络，通过设计无线传感监测节点对室内的情况进行实时有效监测控制，从而实现全方位的安全监测。

监测节点完成对具体设备的控制，同时接受协调器的控制，并完成与协调器的数据交互。

2 数据采集流程设计

对于监测节点设备，需要定期收集数据，并且可以通过读取传感器来实现采集数据。同时还要通过协调器接收转发的用户控制命令，实现用户对设备的控制[1]，流程如图1所示。

监测节点设备主要有4项功能：（1）节点向协调器汇报、（2）组网成功、（3）节点联网成功后主动发送MAC地址给协调器进行登记、（4）监测节点开启定时事件，监测节点设备的工作。

将两个工程的PANID设置为同一个值。将协调器工程烧入协调器。将节点工程烧写入一个节点，作为监测节点（监测设备）。将节点工程的SampleApp.c中第187行“#define END_MONITOR”注释掉，再烧写入一个节点，作为控制节点。用串口线将PC机和协调器连接，启动“串口调试助手和驱动串口聊天助手”，配置端口选择、配置设备管理器中显示的COM口，设置波特率。重启协调器和监测节点，即可查看协调器接收到的数据，包括监测节点的注册数据以及定时发出的采集到的温湿度等传感器数据。关闭监测节点，启动控制节点，可以看到控制节点的注册数据，复制后粘贴到发送区，点击发送，表示协调器发送控制信号给控制节点，改变控制节点上灯的闪动状态。

图1 监测节点设备工作流程图

3 WSN监测节点数据传输功能设计与实现

监测节点调用相关的传感器采集数据，并打包传送给协调器。并根据采集到的数据判断节点的具体状态。根据人体感应模块，判断有没有人入侵；根据烟雾模块判断是否有火情警报；根据温湿度判断是否有火情和爆水管。这些具体的状态也要打包上传给协调器，如图2所示。

图2 监测节点的监测数据存储

节点网络连接成功后，将主动发送MAC地址给协调器执行登记，然后启动定时事件进行监测数据汇报，如图2所示。

图3 监测节点的无线数据传输过程

在定时事件到来时，调用SampleApp_SendPeriodicMessage( )实现数据汇报到协调器[2]，如图4所示。

4 监测节点与WSN控制节点的交互

WSN控制节点主要负责组网、和网关通过串口进行交互、收集监测节点的数据、转发指令到监测节点。

在控制节点设备建立无线网络后，监测节点自动加入，然后监测节点设备周期性地采集[26]数据并将其发送给控制节点设备。

在Z-STACK中，控制节点调用SampleApp_Message MSGCB（afIncomingMSGPacket_t *pkt）中的数据包协议解析函数uint8 Monitor_analysis（）将接收到的数据封装放到自定义的数组中。

for i<-0 to 16

do Netrecv_data[i] = pkt->cmd.Data[i]

控制节点用来收集监测节点的数据，每个监测节点8位。解析Zigbee无线包数据。根据功能码，将各监测节点的数据存储到对应位置。发送指令到监测节点，如图5所示。

图4 监测节点设备的无线数据广播通信实现流程

图5 协调器下发指令给监测节点

5 性能测试

选取三个监测节点以5s为周期，连续采集环境数据。并由监测节点上传数据到协调器节点，利用仿真下载器USB Debug Adapter和TI Packet Sniffer捕获数据包，结果如表1所示。

表1 监测节点功能测试表

节点与协调器距离（m）发送数据包数（个）接收数据包数（个）丢包率（%） 温湿度10100010000 烟雾10100010000 人体红外1010009990.1 温湿度20100010000 烟雾2010009980.2 人体红外2010009980.2

测试结果显示各节点的数据正常和丢包率很小，具有较好的可靠性和稳定性。

[1]ZigBee组网学习笔记（8）.-烟雾传感器 - 琴弦上、漫步 - CSDN博客-《网络（http://blog.csdn.net）》- 2017.

[2]戴圣贤.基于无线传感网络的稀土矿采场边坡在线监测预警系统设计及实验研究[D].江西理工大学，2018.05.26.