基于ZigBee 的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:針對(duì)廣闊空間環(huán)境溫度采集系統(tǒng)對(duì)功耗及成本的要求,設(shè)計(jì)了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)．以CC2430 為主控芯片,選用DS18B20 作為溫度采集節(jié)點(diǎn)的傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

,基于ZigBee 協(xié)議棧構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的采集與傳輸,利用串口
串口
　　串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議，大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備的通信協(xié)議，并可用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。 [全文]

通信技術(shù)與PC 機(jī)通信,并編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與顯示。

　　1 引言

　　隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高, 環(huán)境溫度指標(biāo)越來越多的影響到生產(chǎn)效率、能源消耗和生活水平。不管是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事及氣象領(lǐng)域, 還是日常生活環(huán)境, 都需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因而,設(shè)計(jì)可靠且實(shí)用的溫度采集系統(tǒng)顯得非常重要。

　　在傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)中, 節(jié)點(diǎn)一般采用有線連接方式, 布線繁瑣, 擴(kuò)展性和可移植性較差。尤其對(duì)于廣闊空間環(huán)境中的溫度采集,如果采用有線方式其成本和功耗都比較高。而ZigBee 作為一種新興的短距離、低功耗、低成本的無線通信技術(shù), 能廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、家庭自動(dòng)化、醫(yī)療監(jiān)控各種領(lǐng)域。

　　本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee 無線技術(shù)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了主從節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的無線傳輸, 同時(shí)上位PC 機(jī)采用串口與主節(jié)點(diǎn)通信,并建立溫度數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)具有擴(kuò)展性好、穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

　　2 系統(tǒng)整體概述

　　本文設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)采用ZigBee 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),建立了一個(gè)主節(jié)點(diǎn),四個(gè)從節(jié)點(diǎn)的無線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。各個(gè)從節(jié)點(diǎn)連接數(shù)字溫度傳感器
溫度傳感器

　　溫度壓力傳感器是由溫度敏感元件和檢測(cè)線路組成的。溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，來敏感被測(cè)物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離，檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測(cè)溫的目的。 　　傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器都是將溫度值經(jīng)過一定的接口電路轉(zhuǎn)換后輸出模擬電壓或電流信號(hào)，利用這些電壓或電流信號(hào)即可進(jìn)行測(cè)量控制。而將模擬溫度傳感器與數(shù)字轉(zhuǎn)換接口電路集成在一起，就成為具有數(shù)字輸出能力的數(shù)字溫度傳感器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，半導(dǎo)體溫度傳感器與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路、接口電路以及各種其它功能電路逐漸集成在一起，形成了功能強(qiáng)大、精確、價(jià)廉的數(shù)字溫度傳感器。 [全文]

DS18B20 定時(shí)采集環(huán)境溫度,并通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)依次向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送,主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后通過串口傳給上位PC 機(jī),上位機(jī)將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 并在監(jiān)控界面顯示溫度實(shí)時(shí)變化曲線。

圖1 溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 主節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　選擇CC2430 作為主節(jié)點(diǎn)的處理器,該芯片是全球首款支持ZigBee 協(xié)議的片上系統(tǒng)(SOC)解決方案,集成了一個(gè)8051MCU
MCU

　　MCU Microcontroller(微控制器)又可簡(jiǎn)稱MCU 或μ C,也有人稱為單芯片微控制器(Single Chip Microcontroller),將ROM、RAM、 CPU、I/O 集合在同一個(gè)芯片中,為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制.微控制器在經(jīng)過這幾年不斷地研究,發(fā)展,歷經(jīng)4 位,8 位, 到現(xiàn)在的16 位及32 位,甚至64 位.經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。 [全文]

內(nèi)核以及符合IEEE802.15.4 規(guī)范的2.4GHz 的無線收發(fā)器。芯片內(nèi)部有8kb 的RAM,可選32/64/128kB 的Flash 存儲(chǔ)單元,包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
轉(zhuǎn)換器
　　轉(zhuǎn)換器從原理上可分為協(xié)議轉(zhuǎn)換器、接口轉(zhuǎn)換器兩大類。從應(yīng)用上又可以分光纖轉(zhuǎn)換器、光電轉(zhuǎn)換器、視頻轉(zhuǎn)換器等等。例如視頻轉(zhuǎn)換器就是一種連接電腦和電視的設(shè)備，它可以把電腦上的內(nèi)容轉(zhuǎn)換并顯示在電視機(jī)上，讓人們可以在電視上學(xué)電腦，上網(wǎng)，玩游戲，做商業(yè)演示，看股票等等。 [全文]

、定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、AES128 協(xié)處理器等,同時(shí)提供了2 個(gè)UART 接口以及21 個(gè)可編程I/O 引腳。該芯片具有高度集成性和豐富的硬件資源,使得外圍電路的設(shè)計(jì)變得十分簡(jiǎn)單。

　　主節(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器,作為全功能設(shè)備(FullFunction Device,FFD),負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建和維護(hù)、溫度采集數(shù)據(jù)無線接收、與上位PC 機(jī)串口通信。因此采用CC2430-F128(128kB Flash)芯片,并在CC2430 典型應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上擴(kuò)展串行通信接口,選用MAX3232 芯片實(shí)現(xiàn)TTL 與RS232 電平轉(zhuǎn)換。ZigBee 主節(jié)點(diǎn)的硬件電路如圖2 所示。

圖2 ZigBee 主節(jié)點(diǎn)電路