基于ZigBee技术的温湿度数据采集系统设计 .pdfVIP

摘要：随着嵌入式计算、传感器、无线通信等技术的飞速发展，无线传感网被广泛应用于环境监测、

军事国防和工农业控制等诸多领域，已成为电子信息技术发展的一个热点。CC2430是TI公司针对ZigBee

的无线传感网芯片解决方案，具有功耗低，可靠性高，组网简单等优势。基于CC2430和ZigBee协议，

设计了温湿度数据采集系统，分别给出了协调器和普通节点的软件算法，在干扰环境下测试表明，网络具

有较强的鲁棒性和自组能力。

0引言

随着计算机网络技术及无线移动通信技术的迅速发展，各种新的无线网络通信技术不断涌现，如

GSM,3G等无线移动通信技术以及蓝牙、WiFi等无线局域网技术，它们越来越被人们所熟悉和应用。然

而，这些技术的设备系统非常复杂，且功耗较大、成本很高，不便于在一些低数据速率和通信范围较小的

场合使用，例如数据采集系统、智能家居等领域。近年来，无线传感网的出现为这些问题带来了更好的解

决方法，其中ZigBee作为一种低复杂度、低功耗、低成本的低速率无线连接技术越来越被人们所重视，

开发应用ZigBee技术的无线设备已成为业界的一个热点。本文设计一种基于ZigBee的温湿度数据采集

系统，利用CC2430通信模块组建小型无线传感器网络，并实现了传感器网络的软硬件设计。其算法经干

扰环境下测试表明，网络具有较强的鲁棒性和自组能力。

1ZigBee技术及CC2430简介

1.1ZigBee技术

ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的无线网络技术。它是

介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，主要用于近距离无线连接。一般而言，随着通信距离的增大，设备

的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术是最低功耗和最

低成本的技术。由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，决定了ZigBee技术适合于承载

数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动

化、农业自动化和医用设备控制等。

1.2CC2430芯片

该设计的微处理器使用TI公司的CC2430,它可用于2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee的片上系统

解决方案。CC2430内部整合了IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机、内存和微控制器。

它使用一个8位MCU（8051），有128KB的可编程闪存和8KB的RAM,同时还包含ADC、定时器、

AES-128协同处理器、看门狗定时器、掉电检测电路等。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工艺生产，

封装尺寸仅7mm×7mm.微处理器全速工作频率为32MHz,在接收和发射模式下，电流损耗约为27

mA.CC2430的休眠模式以及其从休眠模式转换到工作模式的超短时间（在微秒级）的特性，特别适合那

些要求电池寿命非常长的应用。

2数据采集系统总体架构

无线传感器网络终端节点主要由数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和电源管理模块组成。

数据采集模块负责通过各种类型的传感器采集物理信息；数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、功

耗管理以及任务管理等；数据通信模块负责与其他节点进行无线通信，它通过ZigBee无线电波将数据传

送到路由节点或主协调器节点，路由节点再将数据转送到主协调器节点或经过上级路由节点转给主协调器

节点，主协调器节点通过RS232串口将所有信息汇集传至PC机或服务器。数据采集系统总体架构图如

图1所示。

3ZigBee节点硬件设计

本文总体硬件设计是实现针对主协调器节点的设计与开发。主协调器的硬件系统中包括CC2430通信

模块、键盘电路模块、串口转USB模块、液晶显示模和电源电路模块等。主协调器节点的主要功能是负责

接收和存储传感器节点发送来的消息，并向传感器节点发布网络控制信息，同时与Pc机进行数据交换。其

中串口转USB模块负责转换CC2430模块与PC机的通信信号；液晶显示模块负责节点工作状态的指示；

电源模块通常采用持续电力供电，为主协调器节点提供运