基于ZigBee的無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：文章使甩ZigBee無線數(shù)傳模塊DRF1605作為數(shù)據(jù)通信的核心模塊，設(shè)計了一個小型的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠程與溫度節(jié)點建立聯(lián)系，設(shè)定溫度和讀取溫度，實現(xiàn)了溫度信號的檢測與控制。設(shè)計方法簡單快速、使用界面友好，通過分置在多個地點的ZigBee溫度采集模塊，可以方便地實現(xiàn)多點分布式溫度信號的采集。
關(guān)鍵詞：無線數(shù)傳；ZigBee模塊；溫度監(jiān)控

0 前言
ZigBee協(xié)議是基于IEEE802．15．4標準的低功耗、短距離的無線通信個域網(wǎng)協(xié)議，與傳統(tǒng)無線通信技術(shù)(如藍牙、紅外、寬帶衛(wèi)星、3G、WLAN)相比，具有距離短、復(fù)雜度低、自組網(wǎng)功能、低功耗、低成本等優(yōu)點，適用于自動及遠程控制領(lǐng)域。而ZigBee模塊具有高度集成化的特點，可以輕松嵌入各種便攜式設(shè)備，使用戶無需考慮模塊的運行原理，只需要將自己的數(shù)據(jù)通過標準傳輸方式發(fā)送至模塊中，模塊便可依據(jù)預(yù)先配置好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與網(wǎng)絡(luò)中的目的節(jié)點進行雙向通信。本設(shè)計使用ZigBee無線數(shù)傳模塊DRF1605搭建了一個基于MESH網(wǎng)絡(luò)的小型溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)主機上位機程序和終端節(jié)點間溫度信號與控制信號的雙向通訊。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
設(shè)計使用ZigBee無線數(shù)傳模塊DRF1605作為數(shù)據(jù)通信的核心模塊，可以遠程與溫度節(jié)點建立聯(lián)系，設(shè)定和讀取溫度，實現(xiàn)溫度的檢測和控制。系統(tǒng)包含3個模塊：PC機端的上位機監(jiān)控模塊、ZigBee無線數(shù)傳模塊、AVR單片機控制模塊。處于監(jiān)測點的AVR單片機控制模塊對溫度傳感器DS18B20采集的溫度數(shù)據(jù)進行處理，通過UART的方式發(fā)送給ZigBee終端節(jié)點模塊，由ZigBee中心節(jié)點模塊接收，并通過RS232端口返回至PC機端的用戶界面。用戶在用戶界面可以獲取監(jiān)測點的當(dāng)前溫度并設(shè)定監(jiān)測點的預(yù)設(shè)溫度，AVR單片機控制模塊依據(jù)用戶UI設(shè)定的預(yù)設(shè)溫度與當(dāng)前監(jiān)測點溫度的對比實現(xiàn)溫度信號的監(jiān)控。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模塊
ZigBee無線數(shù)傳模塊采用DTK廠家開發(fā)的完整功能模塊DRF1605，附帶RS232的總線接口板。DRF1605基于TI公司CC2530F256芯片，滿足ZigBee2007／PRO協(xié)議的全部特點，且CC2530F256芯片出廠時已自帶IEEE地址，用戶無需另行購買IEEE地址(MAC地址)，IEEE地址可作為Zig Bee模塊的標識。DRF1605結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

一個完整的ZigBee MESH網(wǎng)絡(luò)包含3種節(jié)點：中心節(jié)點、路由節(jié)點和終端采集節(jié)點，相鄰節(jié)點之間支持75M距離傳輸。在短距通信中，可以不使用路由器節(jié)點。本設(shè)計中的ZigBee數(shù)據(jù)傳輸采用兩種節(jié)點：協(xié)調(diào)(Coordinator)節(jié)點和終端(Route)節(jié)點。其中，協(xié)調(diào)節(jié)點為中心節(jié)點，與PC機相連，負責(zé)發(fā)送PC機數(shù)據(jù)和接收來自溫度采集模塊的信息；終端節(jié)點與單片機相連，負責(zé)發(fā)送溫度采集模塊的信息和接收PC機數(shù)據(jù)。2個模塊可以實現(xiàn)上電自動組網(wǎng)，Coordinator節(jié)點自動給所有的節(jié)點分配地址，不需要用戶手動分配地址，具有斷電自動保護等優(yōu)點，而且極易拓展，由于終端節(jié)點的設(shè)備配置方式基本一致，因此可以依據(jù)現(xiàn)有的終端節(jié)點迅速實現(xiàn)節(jié)點拓展，新加入的節(jié)點將異步完成網(wǎng)絡(luò)加入和重構(gòu)，且當(dāng)節(jié)點出現(xiàn)故障時，ZigBee模塊可以迅速重新架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的正常通訊。
DRF1605可以形象的理解為“無線的RS232連接”，簡單易用，不用考慮ZigBee協(xié)議，串口數(shù)據(jù)透明傳輸。有兩種數(shù)據(jù)傳輸方式：Coordi nator節(jié)點從串口接收到的數(shù)據(jù)會自動發(fā)送給所有的節(jié)點，終端節(jié)點從串口接收到的數(shù)據(jù)，會自動發(fā)送給Coordinator節(jié)點；也可以通過串口在任意節(jié)點間進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷綖椋?xFD(數(shù)據(jù)傳輸命令)+0x0A(數(shù)據(jù)長度)+0x73 0x79(目標地址)+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0X10(數(shù)據(jù)，共0x0A字節(jié))。