一种蓝牙传感器网络的设计与实现

.3 电源问题

电源问题是WSNs中的关键问题。只有提供长期有效的能源才能使传感器网络降低维护运行成本，进一步体现其巨大优势。为了最大限度节约电能，在节点的设计中，单片机以最快的速度执行任务，一旦有可能就进入节能模式。在节能模式中，通过电源管理电路，将除单片机、蓝牙模块和硬件看门狗以外器件的供电切断。这时只有硬件看门狗、单片机的串口中断逻辑和蓝牙模块消耗电能，可以最大限度地节约电能。

节点启动后，执行完必须的任务，包括初始化蓝牙设备，获得本地地址等，就进入节能模式。进入节能模式后，如果监控中心需要访问该节点，就通过蓝牙模块唤醒该节点的单片机。

2.3.1 电源管理

传感器网络的电源管理采用动态功率管理模式是降低系统耗能的有效设计方法。动态功率管理是一种有效地能够在降低系统功率消耗而不影响系统性能的办法。最基本的思想就是传感器节点内部各个设备在不需要时关闭，而在需要时唤醒。从而可以使传感器适时进入相应的低功耗模式，降低总体能量消耗。动态功率管理技术适用的基本前提是，系统元件在工作时间内有着不相同的工作量，大多数的系统都具有此种情况。另一个前提是，可以在一定程度上确信能够预知系统、元件的工作量的波动性。这样才有转换耗能状态的可能，并且，在对工作量的观察和预知的时间内，系统不可以消耗过多的能量。在传感器网络中，构成传感器节点的各个模块有不同的功率状态，因而，电源管理采用动态功率管理是比较合适的。动态功率管理系统中，不同元件的工作状态要动态地适应不同程度的性能要求，只有这样才能最小化空闲时间浪费的能量或者无用元件浪费的能量。对于电源管理实施时间的判断，要用到动态预知方法，根据历史的工作量预测即将到来的工作量，决定是否转换工作状态和何时唤醒。

2.3.2 能耗的降低措施

1) 采用系统芯片技术、MEMS技术、特定用途集成电路等新技术可以大大减少传感器网络部件，减少能耗；

2) 采用传感器数据融合技术能够减少网络通信量，降低数据冗余度，提高能量效率；

3) 减少传输误差也能降低能量的消耗。

2.4 传感器节点软件设计

在网络中，每个节点都有一个固定的地址(由蓝牙模块地址决定)，其中，连接于监控主机的传感器节点是一个特殊的节点，它采用串行接口与蓝牙模块和监控主机通信。数据的传送采用主从站方式，与监控主机连接的节点作为主站，控制网络内的通信时序；其他节点作为从站，可以被主站寻址。

传感器节点软件设计分为主机点软件设计和从节点软件设计2个部分。主节点主要完成采集各从节点数据，进而分析、处理数据；从节点主要完成各种传感器原始数据的采集和预处理工作。

2.4.1 主节点程序设计

主节点中，监控主机与主机控制器(蓝牙模块)之间是通过蓝牙主机控制器接口(host controller interface．HCI)收发分组(Packet)的方式进行信息交换的。主机控制器执行监控主机指令后产生结果信息，主机控制器通过相应的事件分组将此信息发给监控主机。在蓝牙传感器网络中，主节点上的蓝牙模块与其他节点的蓝牙模块最简单的ACL数据通信流程有5个步骤：蓝牙模块自身初始化、查询、建立连接、进行数据通信和断开连接。主节点程序的流程图如图4所示。

依据处理后的数据既可以实时掌握广场环境信息，对突发事件及时采取相应措施，还能根据广场上的亮度情况来设定照明亮度和照明时间，既能预警，又节能。

2.4.2 从节点程序设计

从节点程序主要完成采集各种传感器的数据，经过初步处理后传送给主节点，其程序流程图如图5所示。

3 结束语

整个网络采用主从站结构，由主站统一控制网络内的通信时序。节点以低功耗单片机ATmega128L为核心，采用蓝牙模块进行通信。在软件方面，采用串口中断的方法接收和发送数据。节点使用电池供电，利用单片机的节能模式，可以最大限度节约电能，延长节点的使用寿命。实验表明：采用这种模式建立的WSNs稳定可靠，通信效率高。