基于ZigBee的溫室花房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)溫室花房環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。通過對(duì)ZigBee技術(shù)的分析和對(duì)CC2430芯片的研究，利用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用該系統(tǒng)對(duì)溫室花房的溫度、濕度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。
關(guān)鍵詞：溫室花房；ZigBee；CC2430；環(huán)境監(jiān)測(cè)

0 引言
溫室花房的環(huán)境溫濕度控制與管理是影響植物生長(zhǎng)過程的重要因素。目前，實(shí)際使用的各類環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍存在網(wǎng)絡(luò)布線困難、成本高及實(shí)時(shí)性差等問題，本文針對(duì)上述問題，提出了基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室花房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由低功耗微小無線傳感器通過自組織方式構(gòu)成，可利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功耗低、工作時(shí)間長(zhǎng)、成本低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低成本無人連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置密集，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都有多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，可以通過數(shù)據(jù)融合提高數(shù)據(jù)精度，而單節(jié)點(diǎn)失效也不致影響測(cè)量效果，這種測(cè)量方式使得系統(tǒng)容錯(cuò)性強(qiáng)。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行查詢，這些特點(diǎn)是傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所不具備的。

1 Zigaee技術(shù)
1．1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)述
在工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、商業(yè)監(jiān)控、汽車電子、家庭數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中，系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常為小量的突發(fā)信號(hào)，即數(shù)據(jù)特征為數(shù)據(jù)量小，要求進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，如采用傳統(tǒng)的無線技術(shù)，雖然能滿足上述要求，但存在著設(shè)備的成本高、體積大和能源消耗較大等問題，針對(duì)這樣的應(yīng)用場(chǎng)合，人們希望利用具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的短距離無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)就是在這種需求下產(chǎn)生的。它是具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的無線通信技術(shù)，其中文譯名通常稱為“紫蜂”技術(shù)。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無線組網(wǎng)通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)使用廉價(jià)的電池就能夠連續(xù)工作多年的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee的協(xié)議架構(gòu)建立在IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上，該標(biāo)準(zhǔn)定義的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，很多研究機(jī)構(gòu)把它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。表1詳細(xì)列出ZigBee的主要特點(diǎn)。

1．2 ZigBee芯片介紹
CC2430出自挪威Chipcon公司，是一款真正符合IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的片上ZigBee產(chǎn)品。該芯片延用以往CC2420芯片的結(jié)構(gòu)，在單個(gè)芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用一個(gè)8位MCU(8051)，具有32／64／128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器、AES-128安全協(xié)處理器、看門狗定時(shí)器、32 kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路。CC2430還有21個(gè)可編程的I／O口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I／O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備I／O口使用。其I／O口引腳功能如下：
1～6腳(P1．2～P1．7)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力；
8，9腳(P1．0，P1．1)：具有20 mA的驅(qū)動(dòng)能力；
11～18腳(P0．0～P0．7)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力；
43～46，48腳(P2．0～P2．4)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。
CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA。
在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。