基于ZigBee技術(shù)的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

摘要：隨著嵌入式計算、傳感器、無線通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、軍事國防和工農(nóng)業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，已成為電子信息技術(shù)發(fā)展的一個熱點。CC2430是TI公司針對ZigBee的無線傳感網(wǎng)芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網(wǎng)簡單等優(yōu)勢。基于CC2430和ZigBee協(xié)議，設(shè)計了溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別給出了協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點的軟件算法，在干擾環(huán)境下測試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。
關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)；CC2430；ZigBee；數(shù)據(jù)采集

0 引言
隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如GSM，3G等無線移動通信技術(shù)以及藍(lán)牙、WiFi等無線局域網(wǎng)技術(shù)，它們越來越被人們所熟悉和應(yīng)用。然而，這些技術(shù)的設(shè)備系統(tǒng)非常復(fù)雜，且功耗較大、成本很高，不便于在一些低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的場合使用，例如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能家居等領(lǐng)域。近年來，無線傳感網(wǎng)的出現(xiàn)為這些問題帶來了更好的解決方法，其中ZigBee作為一種低復(fù)雜度、低功耗、低成本的低速率無線連接技術(shù)越來越被人們所重視，開發(fā)應(yīng)用ZigBee技術(shù)的無線設(shè)備已成為業(yè)界的一個熱點。本文設(shè)計一種基于ZigBee的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用CC2430通信模塊組建小型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟硬件設(shè)計。其算法經(jīng)干擾環(huán)境下測試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。

1 ZigBee技術(shù)及CC2430簡介
1．1 ZigBee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率和低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)，主要用于近距離無線連接。一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)。由于ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點，決定了ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。所以ZigBee聯(lián)盟預(yù)測的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)用設(shè)備控制等。
1．2 CC2430芯片
該設(shè)計的微處理器使用TI公司的CC2430，它可用于2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee的片上系統(tǒng)解決方案。CC2430內(nèi)部整合了IEEE80 2．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4 GHz的RF無線電收發(fā)機(jī)、內(nèi)存和微控制器。它使用一個8位MCU(8051)，有128 KB的可編程閃存和8 KB的RAM，同時還包含ADC、定時器、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時器、掉電檢測電路等。CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，封裝尺寸僅7 mm×7 mm。微處理器全速工作頻率為32 MHz，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗約為27 mA。CC2430的休眠模式以及其從休眠模式轉(zhuǎn)換到工作模式的超短時間(在微秒級)的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過各種類型的傳感器采集物理信息；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)控制整個節(jié)點的處理操作、功耗管理以及任務(wù)管理等；數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點進(jìn)行無線通信，它通過ZigBee無線電波將數(shù)據(jù)傳送到路由節(jié)點或主協(xié)調(diào)器節(jié)點，路由節(jié)點再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到主協(xié)調(diào)器節(jié)點或經(jīng)過上級路由節(jié)點轉(zhuǎn)給主協(xié)調(diào)器節(jié)點，主協(xié)調(diào)器節(jié)點通過RS 232串口將所有信息匯集傳至PC機(jī)或服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。