ZigBee與μIP的嵌入式網(wǎng)絡(luò )監控系統設計

摘要：針對傳統遠程通信方式在嵌入式監控系統中的低速、傳輸距離短、布線(xiàn)復雜等問(wèn)題，提出了一種基于ZigBee與μIP協(xié)議棧的嵌入式網(wǎng)絡(luò )監控系統。選用STM32F103C6作為監控系統下位機的主控芯片，與ENC28J60以太網(wǎng)控制器通過(guò)SPI接口相連，在μIP協(xié)議棧的基礎上實(shí)現下位機與遠程監控主機的網(wǎng)絡(luò )通信功能，并在ZigBee協(xié)議棧的基礎上通過(guò)CC2530芯片組建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)串口與主控芯片通信。
關(guān)鍵詞：ZigBee；μIP；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；遠程監控；STM32F103C6

引言
嵌入式系統因具有低功耗、實(shí)時(shí)性強、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而日益普及，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )對人們的生活越來(lái)越重要，網(wǎng)絡(luò )通信功能也成為嵌入式系統的發(fā)展趨勢。傳統的遠程監控系統多采用8位或16位主控芯片，通過(guò)485總線(xiàn)、紅外線(xiàn)等方式進(jìn)行遠程通信。這樣的遠程監控系統存在反應速度慢、數據傳輸速率低、布線(xiàn)復雜、易受干擾等缺點(diǎn)。本系統采用32位的STM32F103C6作為主控芯片，現場(chǎng)采集的數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，用ENC28J60以太網(wǎng)控制器實(shí)現嵌入式系統與遠程監控主機的網(wǎng)絡(luò )通信。該系統可以廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)、樓宇等需要進(jìn)行遠程監控的場(chǎng)所，具有實(shí)時(shí)性強、多用戶(hù)、監控方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統總體結構設計
根據系統的功能，可以把整個(gè)監控系統分為3部分：數據采集部分、數據處理與控制部分、遠程監控部分。監控系統總體結構如圖1所示。

數據采集部分采用CC2530芯片與ZStack協(xié)議棧組建的ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。終端設備對現場(chǎng)的溫度、濕度等數據進(jìn)行采集，通過(guò)路由器把數據傳送到協(xié)調器。協(xié)調器與主控芯片STM32F103C6通過(guò)RS-232串口通信。
數據處理與控制部分(嵌入式服務(wù)器)是整個(gè)監控系統的核心，負責接收Z(yǔ)igBee網(wǎng)絡(luò )采集的數據，并通過(guò)以太網(wǎng)把數據發(fā)送給遠程監控主機，接收遠程監控主機發(fā)送的命令并執行相應的控制功能。嵌入式服務(wù)器由STM32F103C6芯片與ENC28J60以太網(wǎng)控制芯片組成，采用μIP協(xié)議棧實(shí)現可靠的端到端服務(wù)。
遠程監控部分由PC機與應用軟件組成。應用軟件為Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)的監控軟件，可供用戶(hù)實(shí)時(shí)地查看監控對象的參數，并控制遠程設備。

2 硬件設計
2．1 數據采集部分
該部分采用TI公司的CC2530芯片。CC2530通過(guò)I／O口與數據采集芯片相連，把采集到的數據經(jīng)過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )傳到數據處理與控制部分。
CC2530除具有代碼預取功能的低功耗8051微控制器內核外，還具有8 KB內存、最高128 KB閃存、5通道DMA、一個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)8位定時(shí)器、8路輸入和可配置分辨率的12位ADC、2個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強大USART，21個(gè)通用I／O口，適應2．4 GHz IEEE802．15．4標準的RF收發(fā)器。其具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，只需要一個(gè)晶振和極少的外接元件即可正常運行。CC2530與外圍器件的連接關(guān)系如圖2所示。