基于MSP430F149与Si4432的无线传感器网络的实现

4 系统软件设计

　　本系统软件设计注重低功耗、数据采集实时性、系统稳健性及可靠性， 在低功耗设计中采用智能控制策略， 让系统需要工作时处于全速工作模式， 其他时刻处于低功耗模式。数据采集实时性设计中关键是路由选择， 主要依据是跳数最少路径最短原则( 兼顾能量优先原则)。系统稳健性设计部分， 当传感器节点因能量耗尽或其他原因不能工作或者有新的传感器节点请求加入网络时， 整个网络会马上重新组网， 形成新的网络拓扑结构。在系统可靠性设计中采用看门狗等技术增强系统抗干扰能力。系统软件框图如图4 所示。

　　
图4 系统软件结构

　　4.1 基站软件

　　基站节点通过上位机USB 供电所以一直工作在全速状态， 加快了对外部的响应速度。上电初始化后， 根据中断程序中的标志位值对获得的信息进行相应处理， 处理完后把标志位置零， 循环执行此操作。基站节点通过串口与上位机相连; 因此外部事件包括串口中断事件和接收到数据中断事件。

　　为了防止串口通信过程中丢失数据， 软件设计上加了握手协议。当基站节点每发送一个数据包给上位机时， 上位机都会向基站节点发送应答信号， 直到数据包发送给上位机。上位机接收到数据包后， 马上进入中断处理， 处理完后把相应标志位置1， 通过主程序做进一步处理。

　　4.2 传感器节点软件

　　传感器节点主程序主要是实现组网， 当节点上电初始化后设定发射功率为最小，请求入网。如果入网不成功则加大发射功率，继续请求入网。经试验证实，发射功率越小，电池的使用寿命就越长。入网成功后，保存入网信息， 并马上进入低功耗状态， 同时使用两个中断， 一个外部接收数据中断，一个定时器采集中断。程序流程图分别如图5、图6 所示。数据发送放在定时中断程序里完成。

　　
图5 接收数据中断

　　
图6 串口中断流程

　　当多个传感器节点同时发送数据时， 则会出现挣抢信道的现象。为了避免多个传感器节点同时与某个传感器节点通信造成数据丢失， 软件上采用一定的退避机制。一方面， 利用射频芯片Si4432 的载波侦听信号来产生随机延时， 以避免同时发送信号; 另一方面， 当一个传感器节点与某个传感器节点建立了通信通道时， 其他发送数据的节点会增加发射数据的次数。

　　4.3 上位机软件

　　上位机主要功能有发送重组网命令、向任意传感器节点发送采集信息命令、建立良好的人机界面用于观察传感器采集来的信息、帮助基站节点处理数据减轻基站的负担等。人机界面采用Visual Basic(VB) 来设计， 利用VB 的MSComm 控件实现上、下位机的串口通信。利用其他控件实现对无线传感器网络的分析、显示和操作， 在此不再详细说明。

　　Si4432 的缓冲寄存器为64 KB， 一次性可发送接收信息量可多达62 KB。基站节点通过串口跟上位机相连， 在上位机建立良好的人机界面可以观察每个传感器采集来的信息， 并且可以控制每个节点的工作状态。本系统已在实际中成功应用。