中继节点设计 - 基于CC1101的分布式节能测控网络的设计

　　4 中继节点设计

　　中继节点使用Microchip公司PIC18FF66J60单片机进行局域网协议的处理和上级中心计算机协议的转发控制，同时使用CC1101与下级的测控基站通信。

　　PIC18F66J60芯片具有嵌入式以太网控制器模块，是一个完整的以太网连接解决方案，要完全实现介质访问控制和物理层收发器模块功能，只需使用2个脉冲变压器和一些无源器件即可将单片机直接与以太网相连。该单片机内部已经嵌入了TCP／IP协议栈，上电后协议栈自动运行，单片机软件只需调用相应的TCP／IP处理函数即可。

　　中继节点的硬件电路如图5所示，在与局域网通信端，PIC18F66J60单片机的4个以太网专用引脚TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-与网络变压器直接相连；在与无线信道通信端，单片机通过SPI引脚与CC1101直接相连。

　　中继节点采用220 V市电经．AC—DC转换后供电，没有节能处理的要求，CC1101不需使用WOR工作模式，处于常开状态，最大限度的保证通信链路的可用性。默认状态下中继节点在与测控基站通信的过程中处于被动地位，随时准备接收测控基站上传的测量数据帧。

　　中继节点时工作流程如图6所示，它不断监视本区域内的无线基站状态，只有当发现测控基站测量数据有改变时才向中心计算机转发数据；同时响应中心计算机发送的控制指令，向本区域内的无线基站转发。

　　中继节点使用PIC18F66J60单片机TCP／IP协议栈与中心计算机通信的软件处理步骤简介如下。

　　①PIC18F66J60单片机根据中心计算机IP地址向局域网广播发出地址解析(ARP)包。中心计算机工作在TCPSERVER的模式下，应答中继节点发送的ARP解析请求，向中继节点回送MAC地址。相关函数调用为：voidARPResolve(IP ADDR*IPAddr)，发出地址解析包，IPAddr为模块的IP地址。BOOL ARPIsResolved(IP_ADDR*IPAddr，MAC ADDR*MACAddr)；IPAddr，MACAddr为中心计算机的IP地址与MAC地址。

　　②建立中继节点与中心计算机的连接，查看连接是否建立与断开连接。相关函数调用为：TCP_SOCKETTCPConnect(NODE_INFO*remote，TCP_port port)，建立连接。BOOL TCPIsConnected(TCP_sockethTCP)，查看是否建立连接。void TCPDisconnect(TCP_SOCKET hTCP)，断开连接。

　　③PIC18F66J60单片机检查网口缓冲区中是否有数据收到，如果有数据，将数据组合成命令帧。函数调用为：BOOL TCPIsGetReady(TCP SOCKET socket)，检测网口是否收到数据。BOOL TCPGet(TCP_SOCKET、socket，BYTE*byte)，从网口缓冲区中读出一个字节数据。

　　④当PIC18F66J60单片机需要向中心计算机发送数据时，检查网口是否做好准备发送数据，如已准备好，直接向网口缓冲区中写入数据。函数调用为：BOOL TCPIsPutReady(TCP SOCKET socket)，检查网口是否准备好发送数据。BOOL TCPPut(TCP_SOCKET hTCP，BYTEbyte)，向缓冲区写入一个字节的注塑机参数。voidTCPFIush(TCP SOCKET hTCP)，将网口缓冲区的全部数据发送出去。

　　5 中心计算机设计

　　中心计算机由应用软件、数据库组成，负责管理整个测控网络系统的测控信息管理。该数据中心主要有以下功能：

　　①网络拓扑结构的修改，可以在网络中增加或删除中继节点或测控基站；

　　②与中继节点或测控基站进行通信，查询运行状态，发出动作指令，完成运行维护管理；

　　③与中继节点或测控基站进行通信，读取测控基站测量数据，进行测量信息的管理；

　　④各种统计和查询；

　　⑤数据维护。

　　结语

　　按上述设计方案研制成的分布式测控网络系统，在智能楼宇项目中得到成功应用。测控网络系统利用楼宇中广泛存在的网络接口，在总控室设置一台中心主控计算机，在每一层设置一个中继节点，它们之间通过网线互连，不需重新布线，大大节约了工程成本。另外，在每一楼层各个房间安装一个测控基站，每层的测控基站只与同层的中继节点联系，实现了对每个房间的智能化管理。测控终端与中继节点间通信速率为250 kbps，传输带宽满足大部分的日常测量、控制信息的通信要求；测控终端使用2节普通5号干电池供电，电量足够一年使用，维护成本极低。

　　对测控网络系统的技术方案稍加修改，如中继节点与中心计算机间使用GPRS无线通信，该测控网络系统即可应用于野外无人值守测控系统，或者是电力计费、管理系统。无线测控网络系统具有构建成本低、易维护、通信性能高等优点，在分布式测控领域具备良好的应用前景。