基于zigBee無線網(wǎng)絡(luò)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

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(diào)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(diào)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(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點，然后匯聚節(jié)點把數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機做進(jìn)一步處理并顯示給用戶。協(xié)調(diào)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(diào)器節(jié)點來控制。當(dāng)被檢測區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調(diào)器節(jié)點距離傳感器節(jié)點較遠(yuǎn)時，可以通過增加路由器節(jié)點來增強網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶沒有數(shù)據(jù)請求時，傳感器節(jié)點只進(jìn)行低功耗的信道掃描。

3 節(jié)點的硬件設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的片上ZigBee產(chǎn)品。CC2430采
用Chipcon公司最新的SmaitRF03技術(shù)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(nèi)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(shù)據(jù)時為27 mA，發(fā)送數(shù)據(jù)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(shù)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(dá)10年。
3．2 ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點的硬件設(shè)計
ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件設(shè)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(fù)載是(115+j180)Ω。當(dāng)使用不平衡天線(例如單極天線)時，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當(dāng)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(shù)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換電路。

3．3 路由器節(jié)點的硬件設(shè)計
路由器節(jié)點的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點，因此，該電路比較簡單，該節(jié)點由無線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊和晶振電路組成。