基于无线传感网络的温度数据采集软件系统设计与实现

任 斌，郑国勋，张哲宁

（长春工程学院计算机技术与工程学院，长春130012）

0 前言

我国北方城市随着冬季临近，为了防御严寒，无论居民家还是企事业单位都会开始供暖。由于供暖面积广，许多城市都会采取集中供暖的方式运行。这种供暖方式让企业对于热用户的温度数据不能及时感知，盲目供暖，使得热用户室内温度达不到标准需求，同时对于供热企业自身而言，由于没有参照数据，不能很好地发挥能源利用率，降低供暖成本。如采取人工方式，费时、费力且不准确、不及时；因此，开发室内供暖温度无线采集平台对于企业来说，显得十分必要。

温度无线采集平台主要由硬件平台、通信协议、上位机数据采集软件系统构成。本文根据节点传输数据特点，定义上位机采集软件通过串口采集数据的格式、数据校验方法、数据验证顺序，并由与上位机软件系统实现。

1 无线传感网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）[1]是大量的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络系统，该系统能感知、采集、处理和传输所监测区域的相关信息，具有广阔的应用前景，比如智能农业、智能家居、智能交通与医疗监控等领域。整个无线传感器使用汇聚点收集网络中的数据，形成以汇聚点为根节点的传输树。

节点传输数据使用Zigbee协议栈[2]，它是Zigbee联盟规定的一种短距离、低功耗的无线通信技术。在Zigbee协议标准中，自身没有定义物理层和MAC层，而直接采用IEEE802.15.4的定义，因此，Zigbee联盟主要完成网络层、应用层、网络安全的定义。高层协议发起请求原语，请求底层提供某项服务，与之相对应的是底层对高层的请求作出确认；同时，底层协议可以通过指示原语指示高层处理事件，对底层的指示高层作出响应。

2 软件系统设计与实现

2.1 串口数据格式定义及采集流程

由于硬件系统采用亿道电子设备，所以数据采集格式及流程定义应符合底层定义[3]。PC机与网关板之间通信采用大端模式，数据校验采用累加算法，所传数据均采用十六进制格式。具体内容如下。

2.1.1 串口数据格式定义

图1 串口数据格式定义

数据帧格式由10个字段构成，具体内容如下：

帧头（Com＿Head）：表示该帧属于控制帧还是数据帧，如属于控制帧，又分为主机向网关发送的应答帧和网关向主机发送的应答帧，如属于数据桢，则表示传输的是传感器具体数据。

标志（IC＿Type）：用于字段确认，如有需要可自行修改。

数据长度（Data＿Len）：表示该帧数据区域的长度。

传感器类型（Sensor＿Type）：表示该数据帧产生的传感器种类，常见的传感器如温度、湿度、红外、血压、火焰、流量等，本平台采集的传感器种类为温度传感器。

网关设备地址（Src＿Addr）：表示传感器数据传到终端的最后设备即网关的地址。

初始节点地址（Ori＿Addr）：表示初始产生数据帧的节点地址。

帧序列号（Seq＿No）：表示传感器数据帧的序列号。

跳数（Hop＿Cnt）：表示传感器数据到达终端时经过的设备数。

数据区域（Data＿Buf）：表示传感器采集的具体数据内容。

帧校验（Fcs）：用于帧校验，检测数据帧是否有错误。

2.1.2 数据采集流程

数据采集流程详见图2。

2.2 软件系统功能模块设计与实现

软件系统功能模块由5部分构成，如图3所示。

2.2.1 串口功能模块

对串口进行初始化设置，包括串口号码、波特率、停止位、校验位、数据位，以及可以打开串口和关闭串口。

2.2.2 地图管理功能模块

点击加载地图按钮可以加载地图到数据库进行存储，并将对应的房间号码与传感器节点进行管理，便于查看。如图4所示。

2.2.3 传感器节点管理与数据监控功能模块

传感器节点管理模块主要用于当点击左侧部署地点列表时，右侧显示出对应的地图以及地图上部署的传感器位置，如图5所示。

图5 节点管理界面

数据监控功能模块在监控程序开始运行时，点击左侧传感器列表，可以动态地对数据进行显示，并且将数据汇总进行曲线输出，下方表单会显示所有的数据列表。动态曲线每秒钟刷新1次，可以设置刷新时间，刷新时间要小于传感器间隔时间。动态曲线页面可以存储10个点数据，超过10个数据时，图像向右方移动。如图6所示。

图6 数据监控

2.2.4 历史记录查询功能模块

对历史数据进行查询，并设置打印功能。

2.3 主要功能模块代码

通过VC＋＋平台实现相关功能，主要功能模块代码如下[4]。

2.3.1 串口部分

2.3.2 动态曲线绘制部分

2.3.3 地图显示部分

2.3.4 绘制图像

3 结语

经过实验，数据采集系统可以动态、准确、高效、稳定地采集所需温度数据；同时，由于无线传感节点成本较低，网络搭建方便，具有较强的实用推广价值。

[1]杜晓通.无线传感器网络技术与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2010：160－190.

[2]钟永锋.ZigBee无线传感器网络[M].北京：北京邮电大学出版社，2011：12－13.

[3]亿道电子技术有限公司.物联网教学平台实验手册[EB／OL].[2010－05－04].http：／／www.emdoor.com.cn.

[4]孙鑫.孙鑫作品系列：VC＋＋深入详解[M].北京：人民邮电出版社，2012：120－190.