基于ZigBee 的多點溫度采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要:針對廣闊空間環(huán)境溫度采集系統(tǒng)對功耗及成本的要求,設(shè)計了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多點溫度采集系統(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的器件。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。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)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

,基于ZigBee 協(xié)議棧構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)主從節(jié)點之間數(shù)據(jù)的采集與傳輸,利用串口
串口
　　串口是計算機上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議，大多數(shù)計算機包含兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設(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 機通信,并編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲與顯示。

　　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, 都需要對溫度進(jìn)行監(jiān)測。因而,設(shè)計可靠且實用的溫度采集系統(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、消費電子、家庭自動化、醫(yī)療監(jiān)控各種領(lǐng)域。

　　本文設(shè)計了一種基于ZigBee 無線技術(shù)的多點溫度采集系統(tǒng), 實現(xiàn)了主從節(jié)點間數(shù)據(jù)的無線傳輸, 同時上位PC 機采用串口與主節(jié)點通信,并建立溫度數(shù)據(jù)庫,實現(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。

　　2 系統(tǒng)整體概述

　　本文設(shè)計的溫度采集系統(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),建立了一個主節(jié)點,四個從節(jié)點的無線傳感網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。各個從節(jié)點連接數(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物體接觸，來敏感被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。 　　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，利用這些電壓或電流信號即可進(jìn)行測量控制。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，形成了功能強大、精確、價廉的數(shù)字溫度傳感器。 [全文]

DS18B20 定時采集環(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)點發(fā)送,主節(jié)點收到數(shù)據(jù)后通過串口傳給上位PC 機,上位機將采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫, 對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 并在監(jiān)控界面顯示溫度實時變化曲線。

圖1 溫度采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　3.1 主節(jié)點硬件設(shè)計

　　選擇CC2430 作為主節(jié)點的處理器,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8051MCU
MCU

　　MCU Microcontroller(微控制器)又可簡稱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 集合在同一個芯片中,為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制.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，而性能越來越強大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無處不在，遍及各個領(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]

、定時器、看門狗定時器、AES128 協(xié)處理器等,同時提供了2 個UART 接口以及21 個可編程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)計變得十分簡單。

　　主節(jié)點是整個網(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 芯片實現(xiàn)TTL 與RS232 電平轉(zhuǎn)換。ZigBee 主節(jié)點的硬件電路如圖2 所示。

圖2 ZigBee 主節(jié)點電路