基于传感器网络技术的深孔测径系统的设计

2.2 软件系统的实现

由于整个节点是基于嵌入式系统组建的，所以对软件设计也有很高的要求。因此，本设计采用专门针对无线传感器网络的操作系统TinyOS(crossbow公司提供)，以及在此基础上开发的应用程序来实现整个系统的功能。TinyOS操作系统采用了轻量级线程技术、主动消息通信技术、事件驱动模式和组件化编程等思想，有效提高了节点CPU的效率、节约了系统功耗。TinyOS的元件库包含网络协议、分布式服务、传感器驱动以及数据采集等工具。这些工具可以原样使用，也可以经过修改供定制系统使用，为传感器网络的应用带来了便利。下面说明几个主要功能的实现过程。

2.2.1 微位移数据采集

本设计采用组件化编程思想，将数据采集部分作为TinyOS的一个组件并嵌入其中，采用支持组件化编程的nesC语言来实现其功能，包括A／D采样、数字滤波等。为了提高测量精度，本设计选择A／D转换芯片CS5523的转换范围为55mv档(在实际电路中经测试，当传感器的位移量变化400μm时，信号经处理后的变化量为45mV)，信号输入方式为差动输入。在实际应用时，首先要进行零点和满度的标定，确保仪器工作在良好的线性范围内，从而提高测量精度。接着依次启动A／D的各个通道进行数据采集，并分别读入4组A／D转换结果，然后进行数字滤波处理，再将所得结果发送到上位机。

2.2.2 无线通信协议的实现

本设计中对协议栈采用分层实现，主要包括物理层、数据链路层和网络层。物理层协议向数据链路层提供硬件操作接口。发送时，实现信道编码算法，然后将编码后的完整数据帧通过RF硬件接口发送出去；接收时，将数据从RF硬件接口中正确地提取出来，然后组成数据帧，再进行信道解码，并将解码后的数据传给数据链路层协议处理。数据链路层为相邻的网络实体间建立、维持和释放数据链路连接，并传输数据链路服务数据单元。网络层负责路由的生成与选择，以及通过网络连接交换网络服务数据单元。具体实现结构图如图6所示。


3 上位机功能实现

上位机采用VB6.0编程，由RS-232串口通过无线接口模块实现与中继节点的串行通信。采用图形化人机界面和数据处理平台，可以实时显示、储存和分析测量数据，有效减少了以往测量过程中由人为因素带来的误差，提高了在数据分析、误差信息反馈等方面的能力，从而提高整个系统的测量精度和测量效率。

无线传感器网络为人们提供了一种全新的信息获取和信息处理途径。本文所设计的基于无线传感器网络技术的测量系统克服了传统测量系统存在的不足，该系统具有结构简单、工作稳定可靠、测量精度高、组网使用方便、抗干扰能力强，节点功能可扩展性强等优点。目前，该测径仪已在内蒙古某机械制造厂投入生产，取得了良好的应用效果。