陸旭東

西交利物浦大學(xué) 江蘇蘇州 215123

在當今，資源緊缺以及環(huán)境惡化等問題都對社會的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴重威脅，因此，在經(jīng)濟發(fā)展和資源緊缺的沖突之中，能源節(jié)約也開始成為當今社會所關(guān)注的焦點。這就使得能耗監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用上升到了一個全新的高度。在能耗監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用之中，通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可以起到關(guān)鍵性作用?；谶@一情況，本文對一種應(yīng)用在學(xué)校的能源監(jiān)控系統(tǒng)之中的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及其控制途徑進行分析。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

在本次所研究的能耗監(jiān)控系統(tǒng)之中，框架體系可以按照四個部分來進行劃分，第一部分是信息管理中心，第二部分是中繼器監(jiān)控器，第三部分是數(shù)據(jù)采集器，第四部分是通信網(wǎng)絡(luò)。在該監(jiān)控系統(tǒng)之中，通信網(wǎng)絡(luò)相當于其中樞，只有保障了通信網(wǎng)絡(luò)的性能，才可以讓整個系統(tǒng)性能得到良好保障。在系統(tǒng)的具體應(yīng)用之中，通信網(wǎng)絡(luò)的主要作用有兩個，其一是借助于數(shù)據(jù)的無線傳輸斷來實現(xiàn)對感知層數(shù)據(jù)的采集，其二是借助于數(shù)據(jù)的有線傳輸端向主控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，進而讓數(shù)據(jù)得到加工和診斷[1]。

2 通信網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計

2.1 無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計

在無線數(shù)據(jù)傳輸端的設(shè)計中，主要是借助于nRF24LO1這種具有無線射頻收發(fā)功能的芯片來實現(xiàn)無線模塊的組成，然后借助于GFSK調(diào)制方式，通過數(shù)據(jù)包的形式在國際通用的ISM頻段上對數(shù)據(jù)進行無線傳輸。

nRF24LO1芯片設(shè)計和研發(fā)于挪威的NORDTC公司，這種無線收發(fā)IC有著極高的性能，它的內(nèi)部有功率放大器、頻率發(fā)生器、晶體振蕩器、增強模式控制器、調(diào)制器以及解調(diào)器。在具體應(yīng)用之中，可以借助于SPI接口對其協(xié)議進行設(shè)置，并實現(xiàn)對輸出功率頻道的合理選擇。在通過nRF24LO1芯片所組成的通信網(wǎng)絡(luò)無線收發(fā)模塊之中，主要的特點包括以下幾種：第一，其調(diào)速頻率最高可以達到2MRPS；第二，該模塊可以自動進行重新的發(fā)送，也可以自動應(yīng)答；第三，模塊內(nèi)部進行了CRC硬件檢錯控制以及一點對多點的通信地址設(shè)置；第四，在該模塊之中，可以同時對六路接收通道地址進行設(shè)置；第五，在該模塊之中，接收通道的打開可以自由選擇。

2.2 有線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計

借助于有線數(shù)據(jù)傳輸終端，可以讓控制中心和來自于無線數(shù)據(jù)輸送終端所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)之間實現(xiàn)連接，這也是這兩者實現(xiàn)連接的唯一一個途徑，為保障來自于控制中心的相關(guān)控制命令可以準確地下達到每一個采集終端，同時保障來自于采集終端的數(shù)據(jù)可以及時地上傳到控制中心，并保障以太網(wǎng)設(shè)備在整個監(jiān)控區(qū)域之中的全面普及，在本次的系統(tǒng)有線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計過程中，應(yīng)用到了TCP/IP協(xié)議，并通過以太網(wǎng)來對傳輸終端進行設(shè)計。

在本次所研究的系統(tǒng)之中，主要應(yīng)用的是由菲絲爾公司所研發(fā)的MC9SL2NE64單片機來設(shè)計有限數(shù)據(jù)傳輸終端，具體設(shè)計中，將該芯片內(nèi)部的10/100Mbps集成的以太網(wǎng)物理層收發(fā)器之中的以太網(wǎng)媒體方案控制器用來傳輸數(shù)據(jù)。訪問控制器主要用來實現(xiàn)MAC這一層所具備的功能，在接收到來自于底層的數(shù)據(jù)之后，訪問控制器可以完成前導(dǎo)位幀的自動添加，可對幀的起始位置進行操作，也可以完成CRC校驗碼操作，以太幀的自動封裝工作也就由此實現(xiàn)。另外，該系統(tǒng)可以在全工模式之下和半雙工模式之下都十分適用。

3 通信網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

3.1 無線數(shù)據(jù)傳輸終端軟件設(shè)計

在本次所研究的系統(tǒng)之中，主要借助于nRF24LO1之中的增強型TM模式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號發(fā)送以及接收工作。

在進行數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中，首先需要進行nRF24LO1發(fā)送模式的配置，也就是讓寄存器位處在PHIN-RX=0的狀態(tài)之中，當CSN=0的情況下，再借助于SPI寫入接收點的地址、數(shù)據(jù)的發(fā)送長度以及有效的數(shù)據(jù)，最后進行CE=1的設(shè)置[2]。在此過程中，CE在高電平狀態(tài)之下的持續(xù)時間應(yīng)該在10微秒以上。

在進行數(shù)據(jù)接收的過程中，首先需要進行nRF24LO1接收模式的配置，也就是讓寄存器位處在PHIN-RX=1的狀態(tài)之中，然后進行CE=1的設(shè)置，再啟動接收。在經(jīng)過了130微秒之后，nRF24LO1將開始對空中信息進行檢測，在接收到了有效的數(shù)據(jù)包之后，會在RX-FIFO之中對數(shù)據(jù)進行儲存，與此同時，RX-DR的位置會升高，并且出現(xiàn)中斷，在狀態(tài)寄存器之中，RX-P-NO位會對數(shù)據(jù)的接收通道進行顯示[3]。

3.2 有線數(shù)據(jù)傳輸終端軟件設(shè)計

因為本次所研究和設(shè)計的系統(tǒng)是應(yīng)用在校園之中，所以在實際的能耗監(jiān)控過程中，并不需要很大的數(shù)據(jù)傳輸量。因此，該系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)傳輸在可靠性方面也就并沒有太高的需求。但是在該系統(tǒng)之中，硬件資源也就更加珍貴，協(xié)議的運行需要更加簡單、更加可靠。通過對這些需求的全面考慮，最終在該系統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計過程中，選擇將UDP協(xié)議用作該系統(tǒng)之中的有線數(shù)據(jù)傳輸終端協(xié)議。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著當今社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種的監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控技術(shù)也都得到了全面發(fā)展。將能耗監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到當今的能耗監(jiān)控之中，可以對能源的消耗情況做到實時監(jiān)測，進而實現(xiàn)對能耗的合理控制，最大限度降低能源浪費情況。在能耗監(jiān)控系統(tǒng)之中，通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。所以，在系統(tǒng)的具體設(shè)計之中，應(yīng)加格外重視通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與控制。首先需要制定出合理化的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案，然后分別對通信網(wǎng)絡(luò)的硬件部分以及軟件部分進行設(shè)計。在此過程中，需要做好各種芯片以及通信協(xié)議等的合理選擇，使其與系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求相符，以此來保障通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計質(zhì)量，提升系統(tǒng)的應(yīng)用性能。