在现代工业中，现场采集数据的准确性、全面性、实时性对系统工况运行和稳定性都有着深远的影响，数据采集系统已成为工业控制和监控系统的核心和基础，是保证质量，提高产量，发挥经济效益的一项重要手段。数据采集系统所采用的通讯方式不同，其覆盖能力、可靠性、实时性、高效性、建设及运行成本等主要指标也有比较大的差别。本文针对一些覆盖范围广、采样点较多、采集数据量较小的工业现场，提出了一种基于自组织无线传感器网络工业数据采集系统设计方案，该系统具有覆盖范围广、传输效率高、结构灵活可靠等特点。课题以供热管网用户端数据采集系统为应用对象，论证和研究了系统的结构，自组网协议以及系统的软硬件实现方案。自组网协议设计中，网络拓扑结构根据应用对象的特点，采用一种分级树簇型网络结构。文中详细定义了网络的协议格式，提出了无线网络以及网络接收新节点入网的解决方案，并研究解决了网络的路由选择机制和路由维护等关键性问题。系统的硬件以嵌入式芯片STM32F103CBT6作为核心处理器，无线通信模块nRF905作为无线收发器，设计了传感器节点和汇聚节点两个模块。根据各模块的功能，扩展了外围接口电路，设计了电路原理图，绘制了PCB图，制作了PCB板，完成了系统样机设计。软件部分采用了嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ，完成了uC/OS-Ⅱ操作系统的移植，在uC/OS-Ⅱ操作系统下根据传感器节点和汇聚节点各自的功能要求开发了软件应用程序。应用程序的设计采用任务划分的模式实现，每一个应用任务对应完成一个功能，各应用任务之间通过uC/OS-Ⅱ操作系统的信号量、邮箱等任务间通信机制实现信息交换。课题通过一个自组网实验对系统的各项功能做了测试，测试结果表明，该系统组网简单快捷，数据传输高效可靠等特点。该系统适用于工厂工况运行监测、无线抄表、环境监测等通讯距离较远、覆盖范围广、采集节点多、采集数据量较少的工况系统。