基于ZigBee技術(shù)的分布式溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3 控制器的軟件設(shè)計(jì)

　　作為網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器， 按功能可分為兩個(gè)部分： 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建與管理功能； 數(shù)據(jù)傳輸功能。網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建與管理功能主要是負(fù)責(zé)組建ZigBee 網(wǎng)絡(luò)， 分配網(wǎng)絡(luò)地址及維護(hù)綁定表。協(xié)調(diào)器通過掃描一個(gè)空信道來創(chuàng)建一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)， 維護(hù)一個(gè)目前連接設(shè)備的列表， 支持獨(dú)立掃描程序來確保以前的連接設(shè)備能夠重新加入網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸功能主要是充當(dāng)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)與RS485 總線之間的網(wǎng)關(guān)， 將兩個(gè)使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接在一起， 對(duì)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的使用不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行互相的轉(zhuǎn)換?？刂破鬈浖鞒倘鐖D6 所示。

圖6 控制器軟件流程圖

　　4 關(guān)鍵技術(shù)

　　1） 系統(tǒng)中的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)建立在IEEE 802.15.4 物理層與媒體接入控制層標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上， 所使用的射頻通信為全球公開的免費(fèi)2.4GHz 的ISM頻段， 在物理層采用抗干擾非常強(qiáng)的DSSS 直序擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行傳輸， 在MAC 協(xié)議層采用了CSMA- CA 的碰撞避免機(jī)制， 避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突；采用應(yīng)答機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸方式， 保證信息傳輸?shù)目煽啃裕?P>　　2） 組網(wǎng)設(shè)計(jì)采用簡單的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?無需人工干預(yù)可感知節(jié)點(diǎn)的存在， 并確定連接關(guān)系， 組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)； 增加、刪除或移動(dòng)節(jié)點(diǎn)等等， 網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)無需人工干預(yù)， 保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作；

　　3） 無線網(wǎng)絡(luò)容量大， 單個(gè)溫室無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254 個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備， 一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在200多個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)；

　　4） 實(shí)現(xiàn)超低功耗即可延長節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的壽命， 節(jié)點(diǎn)的能量消耗有三方面： 傳感器件數(shù)據(jù)采集、微處理單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理和無線模塊數(shù)據(jù)接收/發(fā)射。其中能量消耗最大的是在射頻信號(hào)發(fā)射過程中， 設(shè)置節(jié)點(diǎn)休眠與喚醒機(jī)制， 最大限度降低能量消耗。節(jié)點(diǎn)在深度睡眠時(shí)電流只有1.6μA, 輸出功率0dbm, 喚醒周期為1s 的平均電流為250μA 左右。

　　5 結(jié)束語

　　把低成本、低功耗的無線ZigBee 技術(shù)應(yīng)用于分布式溫室監(jiān)控系統(tǒng)， 不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測控制， 還提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性， 同時(shí)也減少了環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場布線帶來的各種問題。采用ZigBee 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線分布式溫室監(jiān)控系統(tǒng)頗具推廣應(yīng)用價(jià)值。

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