基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的河流自動監(jiān)測站設(shè)計

系統(tǒng)上電后首先完成各個模塊的初始化及對通信模塊、外圍電路、電源的檢測等。因要采集節(jié)點的數(shù)字信號和模擬信號，因此分別采用中斷和輪詢兩種方式采集感知信號。節(jié)點啟動后，設(shè)置外部中斷寄存器開啟外部中斷，設(shè)置INT1引腳的中斷為上升沿觸發(fā)，以中斷方式記錄數(shù)字傳感器的感知事件。連接模擬傳感器的節(jié)點啟動后開啟Timer，當(dāng)時間Timer．fire()觸發(fā)拋出Datdtask()任務(wù)，進行ADC采樣、封裝數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到簇頭節(jié)點。
2．3 路由協(xié)議
河流監(jiān)測屬于數(shù)據(jù)聚集應(yīng)用，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一類重要應(yīng)用模式。網(wǎng)絡(luò)的惟一目的節(jié)點是匯聚節(jié)點，所有監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)都要發(fā)送到匯聚節(jié)點。因此設(shè)計中選用LEPS(Link Estimation and Parent Select)協(xié)議，適用于數(shù)據(jù)聚集應(yīng)用的TinyOS多跳路由協(xié)議。
LEPS路由協(xié)議建立以匯聚節(jié)點為根節(jié)點的樹形拓撲，每個節(jié)點維護自己與鄰居節(jié)點間的雙向鏈路質(zhì)量評估，并以此為依據(jù)選擇鏈路質(zhì)量最好、跳數(shù)最小的鄰居節(jié)點作為父節(jié)點。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時網(wǎng)路層應(yīng)用程序根據(jù)LEPS路由協(xié)議完成路由決策，選擇有效路徑將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。

3 自動監(jiān)測站設(shè)計
自動監(jiān)測站在原有河流監(jiān)測系統(tǒng)中只負責(zé)數(shù)據(jù)采集，而基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的河流監(jiān)測系統(tǒng)中的自動監(jiān)測站既要實現(xiàn)原有的數(shù)據(jù)采集功能，還要充當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和通信功能。
3．1 自動監(jiān)測站硬件設(shè)計
自動監(jiān)測站位于整個監(jiān)測系統(tǒng)的中部，是信息傳遞的樞紐。負責(zé)啟動、配置監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和原有自動監(jiān)測，實現(xiàn)Zig-Bee無線協(xié)議與RTU通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。
自動監(jiān)測站處理大量監(jiān)測數(shù)據(jù)和命令，因此設(shè)計中考慮到穩(wěn)定性、可靠性等因素，自動監(jiān)測站的匯聚節(jié)點使用Micaz節(jié)點。其51針擴展接口能夠連接I2C，SPI，UART等接口，易與其他設(shè)備連接，射頻模塊還具有高速傳輸速率和加密功能。將Micaz節(jié)點與Mib510板連接即可以構(gòu)成一個提供RS 232接口的基站。
RTU是自動監(jiān)測站的核心設(shè)備，既要作為原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器，還要承擔(dān)無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管功能。SIXNET的IPm2m RTU嵌入Linux系統(tǒng)，具有高級編程能力，并具有數(shù)據(jù)記錄功能。接口豐富，不僅提供數(shù)字模擬混合I／O，還有RS 232，RS 485，以太網(wǎng)接口各一個。設(shè)計中RS 232接口用于和上層的PC機連接。RTU則通過RS 485接口與匯聚節(jié)點連接，RTU工作在主機狀態(tài)，整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則可看作從設(shè)備。