ZigBee與μIP的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對傳統(tǒng)遠程通信方式在嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)中的低速、傳輸距離短、布線復(fù)雜等問題，提出了一種基于ZigBee與μIP協(xié)議棧的嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。選用STM32F103C6作為監(jiān)控系統(tǒng)下位機的主控芯片，與ENC28J60以太網(wǎng)控制器通過SPI接口相連，在μIP協(xié)議棧的基礎(chǔ)上實現(xiàn)下位機與遠程監(jiān)控主機的網(wǎng)絡(luò)通信功能，并在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上通過CC2530芯片組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過串口與主控芯片通信。
關(guān)鍵詞：ZigBee；μIP；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；遠程監(jiān)控；STM32F103C6

引言
嵌入式系統(tǒng)因具有低功耗、實時性強、可靠性高等優(yōu)點而日益普及，隨著網(wǎng)絡(luò)對人們的生活越來越重要，網(wǎng)絡(luò)通信功能也成為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)多采用8位或16位主控芯片，通過485總線、紅外線等方式進行遠程通信。這樣的遠程監(jiān)控系統(tǒng)存在反應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)傳輸速率低、布線復(fù)雜、易受干擾等缺點。本系統(tǒng)采用32位的STM32F103C6作為主控芯片，現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用ENC28J60以太網(wǎng)控制器實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與遠程監(jiān)控主機的網(wǎng)絡(luò)通信。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場、樓宇等需要進行遠程監(jiān)控的場所，具有實時性強、多用戶、監(jiān)控方便、成本低等優(yōu)點。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)的功能，可以把整個監(jiān)控系統(tǒng)分為3部分：數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理與控制部分、遠程監(jiān)控部分。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集部分采用CC2530芯片與ZStack協(xié)議棧組建的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。終端設(shè)備對現(xiàn)場的溫度、濕度等數(shù)據(jù)進行采集，通過路由器把數(shù)據(jù)傳送到協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器與主控芯片STM32F103C6通過RS-232串口通信。
數(shù)據(jù)處理與控制部分(嵌入式服務(wù)器)是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負責接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程監(jiān)控主機，接收遠程監(jiān)控主機發(fā)送的命令并執(zhí)行相應(yīng)的控制功能。嵌入式服務(wù)器由STM32F103C6芯片與ENC28J60以太網(wǎng)控制芯片組成，采用μIP協(xié)議棧實現(xiàn)可靠的端到端服務(wù)。
遠程監(jiān)控部分由PC機與應(yīng)用軟件組成。應(yīng)用軟件為Visual Studio 2010開發(fā)的監(jiān)控軟件，可供用戶實時地查看監(jiān)控對象的參數(shù)，并控制遠程設(shè)備。

2 硬件設(shè)計
2．1 數(shù)據(jù)采集部分
該部分采用TI公司的CC2530芯片。CC2530通過I／O口與數(shù)據(jù)采集芯片相連，把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳到數(shù)據(jù)處理與控制部分。
CC2530除具有代碼預(yù)取功能的低功耗8051微控制器內(nèi)核外，還具有8 KB內(nèi)存、最高128 KB閃存、5通道DMA、一個16位定時器和一個8位定時器、8路輸入和可配置分辨率的12位ADC、2個支持多種串行通信協(xié)議的強大USART，21個通用I／O口，適應(yīng)2．4 GHz IEEE802．15．4標準的RF收發(fā)器。其具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，只需要一個晶振和極少的外接元件即可正常運行。CC2530與外圍器件的連接關(guān)系如圖2所示。