基于无线通信技术(ZigBee)的温度监测系统设计 .pdfVIP

0引言

传统的温度控制系统通常采用有线传输信号的方式，布线费用较高，维修不便。ZigBee

技术作为一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术，得到了广泛的应

用；GPRS是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务，特别适用于间

断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输，这一特点正适

合大多数移动互联的应用。将ZigBee和GPRS引入温度控制系统中，采用两种无线通信方

式相结合的方式实现信息的传输，将有助于解决温度控制系统信息化、自动化程度相对滞后

的问题。

1ZigBee技术简介

ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术，它依据

IEEE802.15.4标准，定义了不同厂商生产的设备相互兼容的内容，它可以将若干个微小的

传感器组织起来通信，这些传感器只需要很小的能量就可以通过多跳的方式传送数据。已经

在许多领域被广泛使用，如温度、湿度、光照及气体浓度等小数据量信息的采集与传输。

ZigBee的主要特点：

（1）低功耗

这是ZigBee技术的一个显着优点，由于在收发信息时功耗比较低，在MAC层采用休

眠机制，信道接入时延短，ZigBee节点十分省电。节点的电池使用寿命可达半年到两年。

（2）低成本

由于ZigBee协议栈相对蓝牙、Wi-Fi简单，降低了对通信控制器件的要求，可以降低

器件成本，加上ZigBee协议免专利费，可以降低软件的使用费用。低成本也是ZigBee一

个显着优点。

（3）网络容量大

一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，组网十分灵

活。

（4）安全可靠

在MAC层采用安全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认

消息，提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包安全检查功能，支持鉴权和认证，系统安

全可靠。

（5）时延小

ZigBee通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的设备有哪些信誉好的足球投注网站时延为30ms，休

眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。

（6）低速率

ZigBee不同的工作频段，数据传输速率都比较低。

868MHz频段数据传输速率为20kbps，915MHz频段数据传输速率为40kbps2.4GHz频

段数据传输速率为250kbps。

2系统总体方案设计

系统采用模块化的设计思路。整个系统的设计目标是高精度、低成本、低功耗、体积小、

安全可靠及操作简单。

选择CC2430作为主节点的处理器,该芯片是全球首款支持ZigBee协议的片上系统

(SOC)解决方案,集成了一个8051MCU内核以及符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz的无线

收发器。芯片内部有8kb的RAM,可选32/64/128kB的Flash存储单元,包含模拟数字转换

器、定时器、看门狗定时器、AES128协处理器等,同时提供了2个UART接口以及21个

可编程I/O引脚。CC2430的灵敏度为-91dBm,最大输出是+0.6dBm,最大传送速率为250

Kbps,并且具有良好的抗干扰性能。CC2430采用低电压（2.0-3.6V）供电，休眠状态时电

流消耗仅0.9μA,从休眠模式切换到主动模式只需要15ms.该芯片具有高度集成性和丰富的

硬件资源,使得外围电路的设计变得十分简单。使用DS18B20传感器采集温度信息，将温

度信息转化为数字信息，经过ZigBee无线传感网路送至核心控制器件CC2430，核心控制

器件对数据进行分析处理，根据处理结果对执行单元进行控制，如果室温超过标准值，启动

降温模块；低于标准值，启动加热模块；如果温度长时间处于标准值之下或标准值之下，超

过时间阈值（可以根据经验设置），启动报警模块，将报警信息发送至用户终端，以便做出

及时处理。

3系统硬件设计

3.1主节点硬件设计

主节点是整个网络的协调器,作为全功能设备(FullFuncTIONDevice,FFD),负责网络组建

和维护、温度采