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基于Zigbee的无线温度监测系统的设计与实现

摘要:随着传感器技术和无线通信技术的发展,zigbee技术得到

广泛应用,在数据实时监测与采集等方面,其应用优势更为显著。

该文设计并实现的基于zigbee的无线温度监测系统使用多个

cc2430模块,一个作为zigbee协调器,其余作为温度数据采集端。

温度数据采集端采集温度数据并通过zigbee协议上传至zigbee协

调器,zigbee协调器通过串口将数据汇集到上位机中,从而实现数

据的实时监测。本系统的完成有助于改变传统人工的收集数据方

式,实现数据的实时收集,适用环境监测,智能家居,工业监测等

领域。

关键词:zigbee;cc2430;ds18b20;无线传感网络;温度监测

中图分类号:tp368.2文献标识码:a文章编号:1009-3044

(2013)15-3545-05

1概述

近年来,得益于无线通信技术、计算机技术和传感器技术的不断

进步,无线传感器网络已从理论研究逐渐步入生产应用。环境数据

的实时采集是无线传感器网络在环境监测领域应用中实现的一个

重要功能。由于,环境温度数据指标对于能源消耗、设备安全、生

物生命体征、生活舒适度等方面均是较重要的参考指标,因此设计

一种低成本、可靠高效的温度采集系统对于工农业生产效率的提高

与社会生活环境的改善具有一定的辅助作用。

在传统的温度采集系统中,节点一般采用有线连接方式,布线繁

琐,扩展性和可移植性不高[6]。文献[5]中使用的是基于wifi的

温度监测的方法,但wifi技术功耗较高,影响了温度检测网络的

使用寿命。zigbee[1]作为一种新兴的短距离无线通信网络技术,

凭借其低成本、低功耗的优势,成为无线传感器网络中主要的通信

协议之一。该文设计并实现了一个基于cc2430的zigbee无线温度

监测网络。该网络通过zigbee协议栈将多个节点设备组建成星型

网络,将各个节点的采集的温度数据实时发送到协调器并又协调器

在汇聚到上位机中,从而实现温度数据的实时采集。

2系统设计方案

2.1系统概要设计

无线温度检测系统组建成星型网络,由各个温度采集的终端设备

和协调器以及其所连接的上位机组成。协调器负责整个网络的启动

和配置,并且在这些工作完成后,协调器工作就像一个路由器或者

不再起作用。而终端设备主要负责采集数据,并将数据传送给协调

器,随后传给上位机。系统架构如图1所示。

2.2温度传感器选择与设计

ds18b20[3]是美国dallas公司推出的新型数字温度传感器,其

具有低功耗、微型化、抗干扰性强、高性能等优点,且采用单接线

口方式。数字温度计提供9位温度读数,指示器件的温度。ds18b20

的信息的送入或送出要经过单线接口,因此从中央处理器到

ds18b20仅需连接一条(和地)。因为其只有一根信号线,因此对信

号线的正常操作必须要靠严格的操作协议来保证。读、写和完成温

度变换所需的电源可以由数据本身提供,而不需要外部电源。因为

每个ds18b20有唯一的系列号,因此多个ds18b20可以存在同一条

总线上[7]。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。

ds18b20处理时首先初始化ds18b20,即发送复位脉冲指令操作。

对rom的操作,因为一个节点只连接一个ds18b20,所以直接跳过

rom操作。最后对ram操作,先启动温度转换命令0x44,再发送读

取存储器的命令0xbe,使其将ram中存储的数据从dq引脚上传送

处来。

2.3系统芯片选择与设计

cc2430[2]是一颗真正的系统芯片cmos解决方案。这种解决方案

能充分满足以zigbee为基础的2.4ghzism波段应用的低成本、低

功耗的要求并且能为其提高性能。其具有高性能、低功耗的8051

兼容微控制器,最高128kb非易失性程序存储器和2×4kb数据存

储器,硬件aes(advancedencryptionstandard,高级加密标准)

加密/解密,外围设备特性,低功耗,ieee802.15.4mac硬件支持,

集成2.4ghzdsss(direct-sequencespreadspectrum,直接序列

扩频)数字射频的特性。

3系统设计

3.1协调器设计

在本协调器中,在系统加电,初始化zigbee协议栈后,协调器

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