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1、基于zigbee的无线温度采集系统关键词：ZigBee，无线网络;温度采集摘要无线温度采集系统是基于ZigBee无线技术设计的。此系统由三部分构成。子节点部分负责收集温度数据，它的设计基于CC2430芯片和DS18B20温度传感器。主要节点部分负责接受温度数据和建立网络联接。CC2430是作为主控制芯片。前端电脑主要负责温度数据处理 存储和显示。通过zigbee网络连通子节点与主要节点，主要节点在通过串行端口与前端电脑沟通。此系统具有一个成本低 ，低功耗的温度收集的终端设备，从而实现节能和减少污染的排放。1简介随着生产技术的发展，温度数据检测技术广泛应用于工业远程控制系统，并逐步显示出远程和网
2、络的特性。传统的温度采集系统，主要方式是有线连接节点，此方法的特点是布局复杂和可扩展性差。事实上，在某些领域有线连接方式甚至不能应用。因此，最理想的方法是采用无线连接收集和传送数据。作为新兴的短距离，低功耗低成本的无线通信技术，zigbee已广泛应用于工业控制，消费性电子，家电自动化，医疗监控等领域。基于以上分析，此文将设计出一种基于zigbee为基础的无线温度采集系统。用基于zigbee网络的无线方式通过温度测量节点收集温度数据。通过串口通信线路连接主要节点和前端电脑。然后，电脑存储温度数据至数据库，以便实现数据的统一管理。此系统具有高实用性和良好的扩展性。2系统结构研究系统框图显示在图12
3、.该系统选择的是星型局域网，他建立一个由主要节点和若干子节点组成的无线系统，实现数据的无线传输。子节点的主要责任是传输由温度传感器DS18B20采集的数据至主要节点。主要节点合并来自不同子节点的数据然后发送至前端电脑，电脑存储数据至数据库，并通过软件可以直观的在显示器上看到温度的变化。3 硬件系统设计3.1 子节点设计子节点负责收集和传输温度的数据，因此他应该被设计的低功耗和低成本的功能装置。芯片CC2430- F32(32KB 闪存)与温度传感器ds18b20构成的子节点。CC2430是全球首款支持zigbee协议的系统级芯片。一个8051的MCU内核和一个2.4GHZ的无线收发器匹配IEE
4、E802。15.4集成内部装置。一个8KB的随机存取存储器，包括可选32/64/128kB闪存存储单元和A / D转换器，定时器，看门狗定时器，ASE128协同处理器等，同时，两个通用异步收发传送器和21个编程的1/0引脚都包含在芯片内。DS18B20是基于统一总线基础上的数字温度传感器，可以测量零下55度到零上125度的温度。支持3到5.5V的电压供电，主要由四部分组成：64位的光刻只读存储器，温度传感器，非挥发性的温度触发报警器和配置寄存器。64位的串行在出厂前已经被制造商加工处理，每一个传感器都是唯一的，因此我们可以连接多个DS18B20到一条母线，以节省多个I/O端口。当使用DS18D
5、20通过系统收集温度数据时，介于温度传感器和子节点CC2430的收集的方式呈现在图2.3.2主要节点的设计主要节点在整个网络中扮演协调员的角色，因此他被设计成一个全功能装置。主要职责是建立和维护网络无线方式接收温度数据，通过串口与前段电脑交流。我们选择CC2430的- F128（128KB闪存）为主要节点的处理器芯片，并基于CC2430典型的应用电路扩展串行通信的端口。MAX3232芯片被用于TTL和RS232之间的电平开关。4 系统软件设计如图3所示的温度监控软件的功能模块。系统启动后，ZigBee网络初始化软件模块将开始生效，初始化协议栈，检测无线网络的能量，选择合适的渠道顺序协调和启动。
6、当初始化完成后，子节点将被允许连接到网络，它们可以发送温度数据，因此我们可以通过人际接口从所有的监测点直观数据。同时，前端电脑将存储数据至数据库以便相关查询。4.1温度采集模块DS18B20可设置为912位分辨率，我们系统采用的是12位，转换精度为0.0625度，最高温度信号转换时间750ms。温度数据占用两字节，补码形式二进制扩展符号，最低4位是小数部分，中间7位是整数部分，符号位为1。DS18B20的内部随机存储器包括一个9字节高速缓存和E2PROM，前两个字节是温度数据。通过执行复位指令，随机存储器和制度存储器指令，可以完成数据的收集和DS18B20的读取。所有的读写操作通过DQPINS
7、 连接到CC2430的端口。当串联许多的DS18B20设备到一个总线上时，他可以发送一个跳过只读存储器指令用以转换整个传感器一次数据，然后通过配套光盘依次读取每个传感器的数据，从而实现多个DS18B20的设备的运行，在一个I / O端口。温度采集完整的流程图如图4所示：4.2 ZigBee的通信模块系统中主要节点将开始被应用为网络协调器。协调器包括所有的网络信息，巨大存储和强大的运算能力。它的功能是发送网络信标，建立网络，控制网络节点，存储节点信息，发送和接收消息。子节点将开始成为非信标网络终端设备。开机或复位后，它会在指定的频道搜索网络协调，然后发送连接请求。一旦连接建立，子节点将获得一个1
8、6位网络短地址，通过竞争得到使用频道的权利，他可以发送数据到主要节点。每一个子节点通过I/O端口每三十秒读取温度参数，同时，启动睡眠定时器，如果成功地发送数据，该节点将入睡，尽可能节能。打包格式取决于由子节点连接DS18B20的数目。从每个DS18B20的数据长度为3个字节的定义，第一个字节是标识符，包括子节点数目，I / O端口CC2430数目，和温度传感器数目，最后2个字节是温度数据。当主要节点收到数据包时，它就会对其进行分析，通过从每个子节点温度传感器采集数据转换，系统将得到真正的温度值，并传送到电脑。图5显示的主要节点和子节点如何沟通。 4.3 软件运行当软件运行时，它应该打开串口，以
9、获得实时数据，并存储每个节点的历史数据库，我们也可以通过软件界面查看温度变化。该软件运行图，如图6。5结论基于zigbee的无线温度采集系统，系统选择CC2430设计主要节点和子节点，硬件结构精简，体积小，低功耗，我们建立的无线传感网络具有自组和自适应的特点。通过实验结果表明，此温度采集系统符合要求，效果良好。由于该系统低功耗 数据传输稳定，网络广阔，兼容性好，成本低的特点，无线传感网络技术可用于生活和生产的各行各业，特别适合数字家庭，智能建筑的温度控制，住宅小区的消防，此系统具有良好的应用远景。参考文献1 Qu Lei, Liu Sheng-de, Hu Cheng-bin. ZigBee
10、technologyand application. Beijing: Beijing University of Aeronauticsand Astronautics Press, (2007).2 Cao Ling-zhi, Shi Jun. The design of wireless temperaturetest system based on gateway, microelectronics and computer,23(3), pp. 73-75, (2006).3 Zhu Liangrong, Jin Yongmin. The distributed temperaturemonitoring system based on ZigBee, mechanical andelectronic, 3, pp. 49-51, (2010).4 Lei Chun, He Xiao-yang, Su Sheng-Hui. Design andrealization of multi-Node temperature acquisition systembased on ZigBee, Techniques of Automation and Application,29(2), pp. 43-45, (2010).8