ZigBee无线传感器网络技术在油田信息采集系统中的

RT接口，故将中转节点JN5139模块的UART1通过UART—RS485接口芯片与电量仪RS485接口相连。

3 系统软件设计

系统软件主要包括传感器节点软件设计、中转节点软件设计和管理控制中心软件设计3部分。传感器节点主要实现数据的采集和发送;中转节点一方面负责网络的配置和管理，另一方面收集各个传感器节点发送的数据，将数据处理后转发给管理控制中心。管理控制中心主要实现数据的储存、实时显示及数据分析与管理等功能。

3.1 传感器节点软件

传感器节点程序的主要任务分为“采集数据”和“网络响应”，前者是按照给定的时间间隔定时采样，后者则包括“无线数据协议命令响应”和“ZigBee网络协议栈事件处理”(包括入网、掉网等)，采用中断处理方式。考虑片上系统(SOC)的单任务特性，可以将节点程序设计成“任务检查制”——每次从休眠中醒来，初始化后，判断是否要进行网络响应，或根据时钟时间判断是否有采集任务，若空闲则进入休眠，休眠一定时间间隔后再次被唤醒，如此反复。

为了能采用使节点功耗更低的无内存驻留的休眠方式，因此将一些重要的参量保存在flash中，并在初始化中重新加载。终端节点的软件框架流程图如图5所示。

3.2 中转节点软件设计

中转节点的任务相对简单，只需处理触发的协议栈事件、接收和处理“网络消息”。“网络消息”分为来自串口透明传输设备的一级网络命令和来自二级ZigBee网络的消息。电量仪的处理包含在“命令解析与转发”环节中。中转节点没有休眠，是不间断工作的，其软件设计流程图如图6所示。

中转通过433 MHz串口透明传输模块“SM55D”接收来自上位机的命令，“SM55D”会将接收的字符提供给JN5139模块的串口(UART)0，可利用串口0的中断处理解析节点命令。

串口0设置为每接收一个字符便进行中断，在中断处理中将字符添加至缓冲区，待缓冲区中的字符达到解析长度的下限值时，根据命令中的节点号和功能码查表获得对应命令的指定长度S(包括CRC校验码);若字符总数N等于S，根据“网络号”进行判断，若非本PAN节点的命令，则不作任何处理，立即返回;否则进行CRC校验，对于校验通过的命令，查找表格对子节点进行地址映射，再进行下一步操作。中断处理流程图如图7：

从图7中可以看到“CRC16校验失败”、“子节点未注册”、“命令下发失败”三种特殊情况(若下发设置命令成功后，也会有特殊返回信息ACK0)发生后，中转均通过发送特殊ACK信息对上位机进行反馈，便于设备的调试。对于ZigBee子节点设备，命令是否下发成功，中转节点可通过ZigBee协议事件获取;对于电量仪设备，根据其数据传输协议，所有命令都应有数据返回，可在命令下发的同时，启动定时器，若规定时间内无正确数据返回，则认为命令下发失败。

3.3 管理控制中心软件设计

上位机只需按照节点的数据传输协议向串口写入字符，即可实现命令发送。节点的网络号和节点号，可从数据库中相应的配置表读出。上位机程序利用时钟驱动，对每个通信区块的节点轮流下发命令并解析数据，每30分钟进行一次。

在对子节点下发命令后，即侦听对应串口，解析其433MHz模块接收到的字符，根据起始/终止符“0x7E”提取数据，找到数据中字符0x 7D”并抛除，并对其后的字符进行转义，即再与“0x20”按位异或。对得到的数据包进行CRC16校验，校验通过后的数据按节点类型进行数据解析和相应操作。操作流程图如图8所示。

4 结束语

通过传感器节点、中转节点组建的无线传感器网络，实现了油田生产信息的采集、传输与处理。适应了油田点多面广的应用需求，同时也降低了组网、部署和维护成本。作为油田生产信息系统数据获取的一种有效技术手段，无线传感器网络具有很好的应用前景。