基于ZigBee無(wú)線技術(shù)的電器溫度監(jiān)控系統(tǒng)研究

摘要：利用ZigBee技術(shù)和RS-232接口設(shè)計(jì)了一套基于MRF24J40MA的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)低功耗，一些分散在較遠(yuǎn)距離的物理量可以通過(guò)通信在電腦上集中顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電器設(shè)備溫升參數(shù)在較遠(yuǎn)距離內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。該技術(shù)在一些電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控管理有較好的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：ZigBee：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；MRF24J40MA

0 引言
溫度是電器設(shè)備的一個(gè)重要參數(shù)，溫度可以間接地反映出電器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，許多故障的發(fā)生都會(huì)伴隨著溫度的不正常，所以溫度的測(cè)量在電器的檢測(cè)中是非常必要的。
傳統(tǒng)溫度測(cè)量都是通過(guò)有線的方式組成網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)。但是這種傳輸方式存在一定的局限性，比如遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的不可靠、線路干擾、電壓絕緣、以及需要布線等問(wèn)題。對(duì)于以上缺點(diǎn)就要尋求無(wú)線傳輸來(lái)解決。在我國(guó)，無(wú)線傳輸方式頻段在2．4GHz是工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)頻段，無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可。在這個(gè)頻段上，按技術(shù)規(guī)范、協(xié)議劃分，有幾個(gè)無(wú)線通信方式。本文采用的無(wú)線通信方式是一種新興的近距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)ZigBee。
ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE 802．15．4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)是近距離、低速率無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有射頻傳輸成本低、各節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量、功耗低、適于電池長(zhǎng)期供電、快速組網(wǎng)自動(dòng)配置、自動(dòng)恢復(fù)和高級(jí)電源管理等優(yōu)點(diǎn)。與其他無(wú)線協(xié)議相比，ZigBee無(wú)線協(xié)議提供了低復(fù)雜性、較小的資源要求，最重要的是它提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。它還提供了三個(gè)工作頻帶，以及一些網(wǎng)絡(luò)配置和可選的安全功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)采用Microchip公司生產(chǎn)的18F4620作為MCU，MRF24J40MA模塊作為ZigBee無(wú)線模塊。微芯公司的協(xié)議棧源代碼開(kāi)放，為開(kāi)發(fā)人員提供很大的方便。還有配套的ZENATM可生成對(duì)應(yīng)方案的配置文件，為編程者提供參考。
無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的目的就是將分布在不同位置的溫度值通過(guò)ZigBee通信協(xié)議發(fā)送到PC機(jī)，為PC機(jī)處理信息提供數(shù)據(jù)。
終端傳感設(shè)備由帶有溫度傳感器的ZigBee模塊組成。其功能是周期性地檢測(cè)目標(biāo)溫度，隨后將檢測(cè)到的溫度值通過(guò)ZigBee通信協(xié)議發(fā)送到路由器或者協(xié)調(diào)器。路由器在接收來(lái)自終端傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)后會(huì)向協(xié)調(diào)器發(fā)送。協(xié)調(diào)器在得到數(shù)據(jù)后將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232接口發(fā)送給PC端顯示，PC機(jī)與協(xié)調(diào)器之間還可以進(jìn)行交互操作。圖1為無(wú)線測(cè)溫度系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

2 硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)所用的ZigBee無(wú)線模塊采用MRF24J40MA，MRF24J40MA與單片機(jī)之間的接口框圖如圖2所示，該模塊采用了四線制SPI接口，CS腳接單片機(jī)的RC0，INT接單片機(jī)的RB0，WAKE接單片機(jī)的RC1，RESET接單片機(jī)的RC2。