基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的溫度測量

摘要：ZigBee是一種短距離的雙向無線通信技術，技術特點可以概括為4低：低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率及低成本。它主要適用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。為了避免溫度監(jiān)控節(jié)點與數(shù)據(jù)集中器之間系統(tǒng)安裝過程中煩瑣的布線工作，采用ZigBee技術進行數(shù)據(jù)傳輸。在此對ZigBee技術進行分析和對CC2430芯片進行研究，并介紹了系統(tǒng)構成和組成原理，做了溫度測量的實驗，溫度監(jiān)測結果以數(shù)據(jù)、曲線等方式在數(shù)據(jù)集中器人機界面上顯示。實踐結果表明，該設計達到了預期目標。
關鍵詞：ZigBee；無線通信；溫度測量；人機界面

0 引言
在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，進行環(huán)境溫度檢測是必不可少的內(nèi)容。目前，很多場合的多點分布式溫度測量系統(tǒng)大多還是采用有線傳輸方式，需要在現(xiàn)場進行大量布線，這給系統(tǒng)的布設、維護和更新升級帶來諸多不便。本文設計了一種基于ZigBee技術的數(shù)據(jù)傳輸，以RF(射頻)芯片CC2430為核心，能夠高效地完成對環(huán)境溫度的無線檢測，可以有效解決復雜布線帶來的不便。

1 ZigBee原理
1．1 網(wǎng)絡拓撲
基于IEEE 802．15．4標準的ZigBee無線網(wǎng)絡技術，工作于3個頻段(868 MHz，915 MHz，2．4 GHz)，數(shù)據(jù)率最高可達250Kb／s。網(wǎng)絡拓撲可分為圖1所示的星形拓撲、簇狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲。其中，簇狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲均有一個主控節(jié)點和若干個路由節(jié)點以及終端節(jié)點，可以實現(xiàn)多跳數(shù)據(jù)通信，因而覆蓋范圍加大，路由也可因地制宜做動態(tài)調(diào)整。所以將ZigBee傳感器網(wǎng)絡應用于測溫系統(tǒng)，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性和適用范圍，彌補了有線測溫系統(tǒng)的不足。

1．2 無線信道組成
表1為ZigBee無線信道的組成。2．4 GHz波段為全球統(tǒng)一的ISM頻段，免費開放，有助于ZigBee設備的推廣和生產(chǎn)成本的降低；物理層通過采用16相高階調(diào)制技術，提供250 Kb／s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。868 MHz是歐洲附加的ISM頻段，915MHz是美國附加的ISM頻段，這兩個頻段上的ZigBee設備避開了來自2．4GHz頻段中其他無線通信設備和家用電器的無線電干擾。這兩個頻段上無線信號傳播損耗較小，可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋較多的區(qū)域。為了提高傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，ZigBee采用了時隙化的載波偵聽和沖突避免的信道接口CAMA-CA(Carrier Sense Multipie Access with Collision Avoidanee)算法。

1．3 ZigBee消息方式
ZigBee通信消息幀有“KVP”和“Message”兩種方式，其中“Message”方式的幀格式可以由用戶自己定義，操作方式比較靈活，在此，選擇了“Message”方式，其幀格式定義如下：
OTAFrome{Uintl6 StanWord；
Byte Length；
Byte Cmd；
Byte 3Data；
Byte Endbyte；}；
可以通過定義的OTAFrame In和OTAFrame Out來接收和發(fā)送消息幀，實現(xiàn)無線接口。