銀川智能照明模塊-福建智能照明控制模塊-福州智能照明控制模塊

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2 系統軟件設計

2.1 無線傳感器網絡設計

無線傳感器網絡是由一些低功耗、低成本、體積小的傳感器節點，以無線通訊方式組成的網絡，融合傳感器技術、信息處理技術、嵌入式技術和網絡通信技術，實現信息的采集、處理、傳輸及應用，具有施工成本低、系統擴展性好、運行維護易等優點。本系統的無線網絡結構設計如下：

1）網絡拓撲

系統無線網絡采用星型結構，有基站和從站兩類節點?；九c各從站間進行雙向通信，從站互不通信。網絡中的每個節點都配有ID地址，有接收、發送兩種狀態，默認處于接收狀態。

2）MAC層協議

為避免多個從站同時向基站發送信息導致信道沖突，且照明系統對控制時延性要求不高，所以網絡MAC層采用非堅持CSMA/CA協議。通信前，節點先利用nRF905的載波檢測引腳CD信道是否空閑，若空氣中有同頻信號則CD自動置高。若信道忙碌則節點隨機延遲一段時間后再重新。

信道空閑時，節點并不立即發送，而是采取的退避機制，將信道沖突的概率降至小。因為當某從站與基站通信完畢的瞬間，可能有多個要發送數據的從站同時到信道空閑，此時信道沖突的可能性大，所以節點隨機退避一段時間后再進行發送。

這里采用二進制指數退避算法BEB，設爭用期（即節點發出數據至接收到信道沖突的時間）為2t，各站重傳次數為N,從整數集合0,1,…,(2N-1)中隨機取數，記為R。節點重傳產生的時延D為2t的R倍，即D=R×2t。

站點在發送前若檢測到信道空閑，就立即啟動退避計數器，只要信道空閑，退避計數器就遞減，若退避過程中檢測到信道被占用則暫停退避計數器并保持計數器值不變，當信道重新空閑時在原有計數值基礎上再次啟動退避計數器，當計數值減到零時節點發送數據。

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3）沖突避免策略

CSMA/CA協議只能解決發送端的數據沖突問題，但接收端仍存在數據沖突的可能，即“隱藏節點”問題。因此系統引入RTS/CTS/DATA/ACK握手機制。具體過程如下：

⑴從站向基站發送前先通過競爭方式獲得信道使用權，再向基站發送請求連接幀RTS(Request To Send)。

⑵基站收到從站的RTS幀后，向從站發送連接確認幀CTS(Clear To Send)，建立兩者之間的通信連接。

⑶從站收到基站的CTS幀后，向基站發送數據幀DATA，若沒有收到CTS幀，則重新發送RTS幀。

⑷基站收到從站的DATA幀后，向從站發送數據確認幀ACK。

⑸從站收到基站的ACK幀后，整個通信過程結束，若沒有收到,則重新發送DATA。

圖4 從站流程圖

圖5 基站流程圖

OPC DA服務器

OPC技術是用于過程控制的對象鏈接與嵌入技術，其以COM/DCOM/COM+技術為基礎，采用服務器/客戶端模式。本系統針對智能照明控制系統的需求，開發專門的OPC DA服務器，設計如下。

圖6 OPC DA服務器結構圖

1）OPC對象與接口

系統編寫實現OPC DA服務器的定制接口，采用E形式，以OPC3.0規范為標準，向下兼容OPC2.0版。系統的OPC對象與接口包括OPC Server、OPC Group和OPC Item三種對象。

其中，OPC Server和OPC Group為標準COM對象，服務器對象不支持聚合，支持連接點機制。組對象支持聚合、連接點機制。項對象不是標準的COM對象，通過一個類進行描述，在類中定義項對象的屬性和操作方法。

系統OPC Server對象實現的接口包括：IOPCServer、IOPCommon、IOPCBrowseServerAddressSpace、IOPCItemIO 、IOPCItemProperties及IOPCBrowse。OPC Group對象實現的接口包括：IOPCItemMgt、IOPCItemDeadbandMgt、IOPCGroupStateMgt2、IOPCGroupStateMgt、 IOPCSyncIO、 IOPCSyncIO2、IOPCAsyncIO、 IOPCAsyncIO2及IOPCAsyncIO3。

2）服務器地址空間

系統的服務器地址空間由OPC服務器內所有可讀寫的數據項組成，根據實際情況預先設計，采用樹型結構。整個服務器地址空間使用一個自定義的結構體數組進行存儲，其結構體成員包括：結點的ID號、結點的名字、父結點的ID號、左子女結點的ID號和右兄弟結點的ID號。后，系統通過定義一個類對服務器地址空間進行管理。

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