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摘要：針對傳統(tǒng)分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)的布線問題，提出了利用ZigBee無線網絡技術實現(xiàn)分布式溫度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。該方案通過基于ZigBee技術的無線收發(fā)微處理器CC2430以及協(xié)調器節(jié)點、傳感器節(jié)點的硬件設計和軟件的設計流程，成功組建了一個大范圍的立體zigBee無線網絡，并通過網絡得到了各傳感器節(jié)點的溫度監(jiān)測，從而使檢測過程十分簡單有效。
關鍵字：ZigBee無線網絡；CC2430；ZigBee協(xié)調器；傳感器節(jié)點
0 引言
在糧庫溫控系統(tǒng)、冷庫溫控系統(tǒng)、智能化建筑控制系統(tǒng)、中央空調系統(tǒng)等眾多應用系統(tǒng)中，都需要多點分布式溫度測量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的多點分布式溫度測量系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，需要在現(xiàn)場進行大量布線，這給系統(tǒng)的布設、維護和更新升級帶來諸多不便。本文設計的倉庫溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用ZigBee技術的無線通信網絡來對倉庫各點溫度進行連續(xù)24 h的監(jiān)控，從而使管理者可以在控制室隨時了解倉庫現(xiàn)場的溫度信息。
1 ZigBee無線網絡
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，它是一種介于無線標記和藍牙之間的無線技術方案。ZigBee的基礎是IEEE 802． 15．4，它規(guī)定了ZigBee的物理層和媒體接人控制層。ZigBee的工作頻段分別為868 MHz、915 MHz、2．4GHz三個頻段，其中頻段868 MHz定義了1個頻道：頻段915 MHz定義了 10個頻道；頻段2．4 GHz定義了16個頻道。ZigBee技術采用CSMA-CA的信道接入方式，可有效避免通信的沖突。ZigBee網絡層協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，其設備可以構造成星型網絡或點對點的網絡，連接地址分為16位短地址和64位長地址。因而具有較大網絡容量。它的應用層可根據用戶的需要進行開發(fā)利用。其ZigBee協(xié)議棧結構如圖l所示。
ZigBee技術具備強大的設備聯(lián)網功能，它支持星型結構、網狀結構和樹形結構等三種主要的自組織無線網絡類型。特別是網狀結構，它具有很強的網絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。本設計就是采用樹形結構來擴大通信區(qū)域。
2 分布式溫度采集系統(tǒng)原理
本系統(tǒng)由三類節(jié)點組成：ZigBee協(xié)調器節(jié)點、路由器節(jié)點、傳感器節(jié)點。圖2所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點。多個傳感器節(jié)點置于不同的監(jiān)測區(qū)域，每個傳感器節(jié)點會先把數據傳給匯聚節(jié)點，然后匯聚節(jié)點把數據通過串口傳給上位機做進一步處理并顯示給用戶。協(xié)調器節(jié)點可以與多個傳感器節(jié)點通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時監(jiān)測多個區(qū)域，何時檢測哪個區(qū)域通常由用戶通過協(xié)調器節(jié)點來控制。當被檢測區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調器節(jié)點距離傳感器節(jié)點較遠時，可以通過增加路由器節(jié)點來增強網絡的穩(wěn)定性。當用戶沒有數據請求時，傳感器節(jié)點只進行低功耗的信道掃描。
3 節(jié)點的硬件設計
3．1 ZigBee無線收發(fā)器CC2430
無線模塊可選用無線收發(fā)器CC2430來實現(xiàn)。CC2430是挪威Chipcon公司的一款真正符合IEEE802．15．4標準的片上ZigBee產品。CC2430采用Chipcon公司最新的SmaitRF03技術和0．18μmCMOS工藝制造，采用7×7 mm QLP48封裝。該芯片除了包括RF收發(fā)器外，還集成了加強型805lMCU、32／64／128 KB的Flash內存、8 KB的RAM、ADC、DMA和看門狗等。CC2430工作在2．4GHz頻段，采用低電壓(2．O～3．6 V)供電，且功耗很低(接收數據時為27 mA，發(fā)送數據時為25 mA)、靈敏度高(-97 dBm)、最大輸出為24dBm、最大傳送速率為250 kb／s。CC2430的外圍元件數目很少，它使用非平衡天線，因為連接非平衡變壓器可使天線性能更好。CC2430無線單片機在待機時的電流消耗僅0．2μA，在32 kHz晶體時鐘下運行時的電流消耗小于1 μA。因此，使用小型電池壽命可以長達10年。
3．2 ZigBee協(xié)調器節(jié)點的硬件設計
ZigBee協(xié)調器節(jié)點硬件設計如圖3所示，該節(jié)點由無線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。RF的輸入／輸出是高阻和差動的，用于RF口最合適的差動負載是(115+j180)Ω。當使用不平衡天線(例如單極天線)時，為了優(yōu)化性能，應當使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運行在使用低成本的單獨電感器和電容器的場合。電源模塊用于CC2430的數字I／O和部分模擬I／O的供電，供電電壓為2．0～3．6 V。CC2430可以同時接32 MHz和32．768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。串口電路用于CC2430將接收到的數據傳送給上位工控機，由于上位工控機與CC2430的電平不一致，所以需要一個MAX232電平轉換電路。
