基于ZigBee技術(shù)的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著嵌入式計(jì)算、傳感器、無(wú)線通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防和工農(nóng)業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，已成為電子信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。CC2430是TI公司針對(duì)ZigBee的無(wú)線傳感網(wǎng)芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。基于CC2430和ZigBee協(xié)議，設(shè)計(jì)了溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別給出了協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點(diǎn)的軟件算法，在干擾環(huán)境下測(cè)試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)；CC2430；ZigBee；數(shù)據(jù)采集

0 引言
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如GSM，3G等無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)以及藍(lán)牙、WiFi等無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，它們?cè)絹?lái)越被人們所熟悉和應(yīng)用。然而，這些技術(shù)的設(shè)備系統(tǒng)非常復(fù)雜，且功耗較大、成本很高，不便于在一些低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的場(chǎng)合使用，例如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能家居等領(lǐng)域。近年來(lái)，無(wú)線傳感網(wǎng)的出現(xiàn)為這些問(wèn)題帶來(lái)了更好的解決方法，其中ZigBee作為一種低復(fù)雜度、低功耗、低成本的低速率無(wú)線連接技術(shù)越來(lái)越被人們所重視，開(kāi)發(fā)應(yīng)用ZigBee技術(shù)的無(wú)線設(shè)備已成為業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)一種基于ZigBee的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用CC2430通信模塊組建小型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟硬件設(shè)計(jì)。其算法經(jīng)干擾環(huán)境下測(cè)試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。

1 ZigBee技術(shù)及CC2430簡(jiǎn)介
1．1 ZigBee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率和低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)。由于ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，決定了ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。所以ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。
1．2 CC2430芯片
該設(shè)計(jì)的微處理器使用TI公司的CC2430，它可用于2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee的片上系統(tǒng)解決方案。CC2430內(nèi)部整合了IEEE80 2．15．4標(biāo)準(zhǔn)的2．4 GHz的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)、內(nèi)存和微控制器。它使用一個(gè)8位MCU(8051)，有128 KB的可編程閃存和8 KB的RAM，同時(shí)還包含ADC、定時(shí)器、AES-128協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器、掉電檢測(cè)電路等。CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，封裝尺寸僅7 mm×7 mm。微處理器全速工作頻率為32 MHz，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗約為27 mA。CC2430的休眠模式以及其從休眠模式轉(zhuǎn)換到工作模式的超短時(shí)間(在微秒級(jí))的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過(guò)各種類型的傳感器采集物理信息；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理操作、功耗管理以及任務(wù)管理等；數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，它通過(guò)ZigBee無(wú)線電波將數(shù)據(jù)傳送到路由節(jié)點(diǎn)或主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或經(jīng)過(guò)上級(jí)路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)給主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)RS 232串口將所有信息匯集傳至PC機(jī)或服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。