摘 要： 介紹了以VC6.0為開發平臺，用無線單片機CC2530進行多節點多參數的低功耗數據采集系統。下位機設計了可靈活擴展的無線數據幀，并設計了采集控制命令，實現廣播模式和單目標地址控制兩種功能。上位機利用CSerialPort類對串口數據選擇性接收，提高了效率和穩定性，可保存和識別隨機分配的節點地址，并改進了CSerialPort類可實現十六進制數的發送。
關鍵詞： 無線傳感器網絡；VC6.0；串口通信；CSerialPort類；數據幀
無線傳感器網絡是由部署在監測區域內部或附近的大量廉價、具有通信、感測及計算能力的微型器節點通過自組織構成的“智能”測控網絡[1]。本系統下位機利用SHT11溫濕度傳感和美國TI公司的無線片上系統CC2530單片機構成終端傳感器節點，對溫室內的溫度和相對濕度及終端傳感器片上電壓三個參數進行實時測量，通過在環境內布置多個測量節點來獲取現場信息。在眾多集成可視化開發環境中，VisualC6.0是底層編程環境的最佳選擇，它提供了相當齊備的類和各種控件，編程界面友好。
1 系統下位機硬件組成
系統下位機硬件組成如圖1示，由I2C總線的SHT11數字溫濕度傳感器連接CC2530芯片的VDD/3的ADC通道，經CC2530單片機采集處理后打包數據無線發送到與PC機連接的協調器節點。其中協調器節點與PC機通過串口轉USB線連接。
下位機使用TI公司SensorDemo例程在IAR7.5集成開發環境下進行二次開發，在應用層對傳感器節點和協調器節點分別編寫程序，協調器節點接收傳感器節點的數據以數據幀格式串行發送到PC機[2]。
2 下位機數據幀設計
下位機數據幀編程固定長度為20 B的數據，有些字節可變，有些字節是固定的。比如一個數據幀用十六進制表示為：FE 0F 46 87 DE 65 02 00 09 00 1B 20 00 00 38 33 00 00 00 9E。其中：FE是幀頭字節，46 87是雙字節數據，低字節在前，標識為8746為接收標志；9E是前面19個字節的“異或”運算值，為整個數據幀的CRC校驗位，可變；0F是固定值，表示除了幀開始和0F、46、87、9E 5個字節外的15個字節數；DE65是傳感器節點16 bit地址號65DE，是隨著數據來自不同節點變化；0002、0009也是固定的字節，表示數據包和有效數據位；1 B是節點溫度的整數部分，換算為十進制值為26℃，可變；20是節點片上電壓值（乘10倍值），換算為十進制值為3.2 V，可變；0000為父節點地址；38是節點相對濕度值，換算為十進制值為56%，可變；33是節點溫度的小數部分，換算為十進制值為（3×16+3）/256=0.199 2℃，可變；00 00 00是預留下來的3個字節給節點其他傳感器數據的傳送。
3 采集控制命令兩種模式實現
在傳感器節點C文件中添加命令輸入集合COLLECTOR_CMD_ID，協調器節點C 添加同樣的命令輸出集。為協調器節點設計3 B的串口數據，前2個字節為目標地址，第3個字節為采集控制命令，如設置80為停止采集，40為開始采集命令。因為協調器地址是固定的0x0000十六進制數，其他傳感節點地址不可能是這個數，所以當發送前2個字節為0000時，可將此作為向全體傳感器節點廣播的命令的判斷，如果是具體單個節點地址，則只有相應節點接收控制命令，其中廣播命令發送的地址模式為0xFFFF。
4 上位機程序設計
4.1 CSerialPort類加入程序
CSerialPort類是remon spekreijse寫的一個免費的串口類，可在互聯網下載到其頭文件（h文件）和源程序（cpp文件），它可直接用于串口的讀寫操作。首先建立一個基于窗口的MFC應用程序，再將CSerialPort.h和CSerialPort.cpp兩個類文件復制到工程文件夾中，并用project-add to project-files命令將上述兩個文件加入工程[3]。
因為CSerialPort類是第三方類，所以其串口消息響應函數不能由VC的classwizd自動生成，需通過手動增加消息響應函數的消息映射。在建立的窗口類頭文件下添加以下代碼：
afx_msg LONG OnComm（WPARAM ch，LPARAM port）；
在窗口類ccp文件下進行串口接收一個字符的響息映射，只要串口中有一個字節就觸發這個事件，代碼如下：
ON_MESSAGE（WM_COMM_RXCHAR，OnComm）
最初的CSerialPort類的發送函數只有一種發送字符類型WriteToPort（ char* string）。而考慮到上位機對下位機控制命令都是十六進制數傳送，且傳送數據的最終原理都是以二進制數傳遞的，所以增加一種可按字節數發送的函數類型WriteToPort（unsigned char*string，int n）。其中，string是發送的一個字節數據，n是要發送的字節數。代碼如下：
void CSerialPort：：WriteToPort（unsigned char*string，int n）
{
assert（m_hComm != 0）；
memset（m_szWriteBuffer，0，sizeof（m_szWriteBuffer））；
memcpy（m_szWriteBuffer，string，n）；
m_nWriteSize=n；
//set event for write
SetEvent（m_hWriteEvent）；
}
上位機軟件設計流程如圖2所示。
4.2 串口數據接收
對接收的數據進行幀頭判斷，如果接收字節為FE則繼續接收，保存在無符號字符數組buf中，接收后面的字節保存在數組中，并對連續的18個字節進行“異或”運算。如果這個“異或”運算值與第20個字節的值相等，表示這20個字節為一個有效數據串，然后再將其中的源節點地址提取出來并保存，再分別對其中的參數值進行處理，根據節點地址寫入VC表格控件中的相應行。串口數據幀選擇性接收和多節點地址保存函數片段如下：
LONG CMYSerialPortDlg：：OnComm（WPARAM ch，LPARAM port）
{ static char checksum=0； //校驗和初值
static char checksum1=0； //校驗和獲取值
static int count=0； //接收字符數
static unsigned char buf[21]；
static unsigned char SAddrL[5]；//源地址低字節
static unsigned char SAddrH[5]；//源地址高字節
static int i=0； //源節點個數
if（ch= =0xFE）
{ count=0；
buf[count]=ch；
}
else
{count++；
buf[count]=ch；
if（count==1）
checksum=buf[count]；
else if（count<19）
checksum^=buf[count]；//ch
else if（count= =19）
{checksum1=buf[count]；
if（checksum1= =checksum）
{ //源節點地址存放
if（i==0）
{SAddrL[0]=buf[4]；SAddrH[0]=buf[5]；i++；}
if（i==1）
{if（（buf[4]==SAddrL[0]）&&（buf[5]==SAddrH[0]））；
else{i++；SAddrL[1]=buf[4]；SAddrH[1]=buf[5]；}
}
if（i==2）
… …
UpdateData（0）；return 0；
}
4.3 串口命令的發送
在應用程序的發送數據編輯框中輸入3 B的十六進制數據，而且要讓發送函數明白這是3 B的數據，而不是默認地把這些十六進制數當作6個單獨的字符來處理。在窗口CPP文件中加入“字符轉十六進制數”的函數String2Hex（m_strSend，hexdata），其返回值為轉化后的十六進制數的個數，在此即是要發送的命令字節數（該函數原型來自參考文獻[4]）。發送命令函數如下：
void CMYSerialPortDlg：：OnSend（）
{UpdateData（1）； //更新參數數據
CByteArray hexdata；
int len=String2Hex（m_strSend，hexdata）；
unsigned char *str；
str=（unsigned char*）malloc（sizeof（char）*len）；
for（int j=0；j <len； j++）
{ str[j]=hexdata[j]；
}
m_spSerialPort.WriteToPort（str，3）；
//m_spSerialPort是在窗口中定義的CSerialPort類成員變量
}
程序運行結果如圖3示。
本文設計的無線傳感器網絡數據采集系統能夠實現多節點多參數的數據實時采集，并對測量的數據進行波形和表格顯示及存儲。設計的串口接收中斷程序可應用到其他串口數據采集系統中，發送命令實現了對所有節點和個別節點采集過程的控制，在后期還運用了計數求模的方法，可通過上位機發送改變除數來改變節點的采集時間間隔，整個程序可移植性強。
參考文獻
[1] 孫利民，李建中，陳渝，等．無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社，2005.
[2] 深圳飛比電子科技公司.Z-STACK SensorDemo實驗. [EB/OL].[2011-10-13].http：//wenku.baidu.com/view/dfe9d82ee2bd960590c6770c.html.
[3] 潘石柱，于仲安．VC實現串行通信的三種途徑[J].電子工程師.2002，28（9）.
[4] 龔建偉．串口調試助手源程序及編程詳細過程.[EB/OL].（2001-06-20）[2010-12-21].http：//hi.baidu.com/laoyang1018/ blog/item/641491ef565756fece1b3ecc.html.