基于无线通信的温度监测系统的设计

　　4　通信协议的设计

系统采用如图1所示的分层结构，主节点采用数据请求工作方式，按顺序对二级节点进行数据请求，二级节点收到数据请求命令后，将采集的数据交给主节点统一处理，主节点把带有传感器地址的温度数据传送给上位机。NRF905每次只能收发32字节数据，因此底层传感器节点并不是无限多，根据DS18B20的通信协议，DS18B20采集的温度数据是用两个字节表示，而每个传感器有唯一的1字节地址，这样每个传感器传送给二级节点的数据都是三个字节，即两个字节的温度数据和一个字节的地址数据。二级节点一次最多传送32字节数据，为了保证数据传送的稳定性， 该系统每个二级节点对应10个底层传感器节点，共构建了20个二级节点，系统总的底层传感器节点的数目是200个。本系统的所有节点的通讯都是同一信道，当出现多个节点同时传送数据的情况时，会形成相互间的干扰导致数据无法正确的接收，因此需要一种机制来合理的分配信道资源，减少数据冲突。基于NRF905通讯的特点，即两个NRF905模块必需具有相同的频段和地址才能通讯成功，设计了通信协议，通信协议的算法如下：

　　(1)主节点M采用轮询数据请求工作方式，按顺序对二级节点进行数据请求，主节点对每一个二级节点发送完请求数据命令后都会进入信道侦听状态，一定的时间间隙T内主节点一直处于侦听信道状态。

　　(2)二级节点侦听信道，接收来自主节点的数据请求命令， 收到数据请求命令后结束侦听，发送应答信息。

　　(3)二级节点采用类似主节点M的工作方式，按顺序对传感器节点进行数据请求，二级节点对每一个传感器节点发送完请求数据命令后都会进入信道侦听状态，一定的时间间隙Tm内二级节点一直处于侦听信道状态。

　　(4)传感器节点侦听信道，接收来自二级节点的数据请求命令，收到命令后，结束侦听，发送温度数据信息。

　　(5)二级节点与传感器节点进行数据传输，接收数据包。

　　(6)主节点与二级节点进行数据传输，接收来自二级节点的数据包。

　　(7)主节点与监控主机通信，传送各个传感器节点采集的温度数据和传感器地址。

　　数据在系统中无线传输必须有统一的格式，数据包格式如下：

　　其中，前导码由器件自动添加，占用1个字节;目的地址是表示数据包要到达的目的地址，占用1个字节;数据属性用来说明该数据包是数据包还是命令包，占用一个字节;有效数据包括节点的采集信息和地址信息可设定最大为32个字节; CRC校验系统自动完成，本系统采用16位CRC校验占用2个字节。

　　主节点发出的通信数据包格式如下：

　　其中，目的地址是二级节点的地址，命令字是指请求数据命令，用0AH代表数据请求命令，占用一个字节，有效数据长度为空。

　　二级节点的应答数据包格式如下：

　　其中目的地址是主节点的地址，应答字用0BH表示，占用1字节，有效数据长度为空。

　　二级节点发出的带有采集点数据的包格式如下：

　　其中目的地址是主节点的地址，数据标志用0CH表示，占用一个字节，有效数据长度包括传感器节点的温度数据和传感器地址数据，占用30个字节。