ZigBee與GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：ZigBee技術(shù)雖然先進(jìn)但網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較小，本文將GPRS廣域無線通信技術(shù)引入ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)建了一種遠(yuǎn)程ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，并采用直觀方便的嵌入式Web服務(wù)器提高管理效率。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果證明了該系統(tǒng)具有很好的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：ZigBee GPRS；嵌入式Web服務(wù)器

引言
ZigBee是一種短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有低功耗、低成本、易于組網(wǎng)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在諸多場(chǎng)合有著廣泛應(yīng)用，但ZigBee僅作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制的局域網(wǎng)，覆蓋區(qū)域十分有限，難以滿足當(dāng)前遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集與控制的需求。本文所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用ZigBee與GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集與控制，并結(jié)合嵌入式Web Server與RFID射頻識(shí)別方案，實(shí)現(xiàn)了通過瀏覽器和射頻識(shí)別卡進(jìn)行關(guān)鍵配置數(shù)據(jù)修改和臨時(shí)系統(tǒng)控制，具有較高的安全性與靈活性。另外，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端的設(shè)備與數(shù)據(jù)接收／控制端的設(shè)備在硬件上具有較高的重復(fù)利用度。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)主要由ZigBee節(jié)點(diǎn)、GPRS模塊、嵌入式Web Server以及PN532 RFID模塊4個(gè)部分構(gòu)成。其中ZigBee節(jié)點(diǎn)采用TI公司的CC2530方案實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的無線組網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集、控制，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過自組織網(wǎng)絡(luò)匯集到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900A模塊、ST公司的STM32 MCU，以及其他必要外圍電路組成，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制終端，建立與固定IP的TCP／UDP連接；嵌入式Web Server采用TI公司的LM3S9D92實(shí)現(xiàn)，通過嵌入式Web Server對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行基本管理、數(shù)據(jù)顯示，并將ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)或GPRS模塊輸出的數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)發(fā)；PN532 RFID模塊由LM3S9D92驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)修改、配置系統(tǒng)關(guān)鍵信息前的授權(quán)認(rèn)證管理(身份識(shí)別)，以保證系統(tǒng)信息不被惡意篡改。整個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 ZigBee節(jié)點(diǎn)
ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用CC2530F256進(jìn)行設(shè)計(jì)，工作在2．4 GHz頻段，是符合IEEE 802．15．4規(guī)范的SoC解決方案。片內(nèi)集成高速8051內(nèi)核，支持ZigBee2007 PRO協(xié)議棧；具有2～3．6 V的供電范圍以及良好的電源管理功能，可實(shí)現(xiàn)較低的運(yùn)行功耗。實(shí)際電路設(shè)計(jì)采用核心板與擴(kuò)展底板結(jié)合的方式，核心板引出CC2530最小系統(tǒng)，未使用的GPIO供擴(kuò)展底板使用，在擴(kuò)展底板上實(shí)現(xiàn)了三線制RS-232串口、指示LED、調(diào)試接口，以及其他必備外部應(yīng)用電路。
2．2 GPRS模塊
GPRS模塊通信部分采用了SIMCOM公司的SIM900A模塊，SIM900A模塊是專門面向中國大陸市場(chǎng)設(shè)計(jì)的雙頻GSM／GPRS模塊，工作頻段為EGSM 900MHz和DCS 1800 MHz，可以自動(dòng)地搜尋兩個(gè)頻段，內(nèi)嵌完整TCP／IP協(xié)議?；湛刂破鞑捎肧T公司的STM32F103C8，該芯片具有雙串口和一個(gè)硬件SPI接口，十分符合本系統(tǒng)GPRS模塊使用要求，且具有較高的性價(jià)比，使用SPI Flash W25X16作為外部掉電存儲(chǔ)器記錄GPRS模塊相關(guān)配置信息。