基于Z―Stack的無(wú)線(xiàn)溫濕度采集系統

摘要：針對現有的有線(xiàn)溫濕度采集系統，存在系統布線(xiàn)復雜、維護困難、成本高等問(wèn)題，提出一種基于Z—Stack的無(wú)線(xiàn)溫濕度采集系統設計方法。設計采用CC2430射頻芯片及SHT11數字溫濕度傳感器，在ZigBee協(xié)議棧的基礎上進(jìn)行開(kāi)發(fā)。闡述了系統的原理，節點(diǎn)的硬件設計和軟件設計。實(shí)驗表明，該系統能夠穩定可靠的實(shí)現溫濕度數據的采集。
關(guān)鍵詞：溫濕度；CC2430；SHT11；協(xié)調器；節點(diǎn)；Z—Stack；無(wú)線(xiàn)通信

0 引言
在現代工農業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行環(huán)境的溫濕度檢測是必不可少的內容。目前，很多場(chǎng)合的測溫濕系統采用的還是傳統的有線(xiàn)測溫濕度設備，傳統的多點(diǎn)分布式溫濕度測量系統采用有線(xiàn)傳輸方式，需要在現場(chǎng)進(jìn)行大量布線(xiàn)，這給系統的布設、維護和更新升級帶來(lái)諸多不便。
ZigBee是一種新興的短距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接。它依據IEEE 802．1 5．4標準，在數千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調實(shí)現通信。它使用2．4GHz波段，采用調頻及擴頻技術(shù)，具有短時(shí)延、網(wǎng)絡(luò )容量大等特點(diǎn)。Z igBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )主要是為工農業(yè)現場(chǎng)自動(dòng)化控制數據傳輸而建立。本文設計了一種基于無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)的溫濕度監測系統，它以射頻芯片CC2430為核心，在數字溫濕度傳感器SHT11的配合下，在ZigBee協(xié)議棧的基礎上進(jìn)行應用開(kāi)發(fā)，能夠高效地完成環(huán)境溫濕度的無(wú)線(xiàn)監測，可以有效解決復雜布線(xiàn)帶來(lái)的不便。

1 系統原理
本文設計的是基于Z—Staek的無(wú)線(xiàn)溫濕度數據采集系統，在TI的Z—Stack 1．4．2協(xié)議棧的基礎上，實(shí)現無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)及通信。即協(xié)調器自動(dòng)組網(wǎng)，終端節點(diǎn)(附帶溫濕度傳感器)自動(dòng)入網(wǎng)，并采集溫濕度數據廣播傳輸，協(xié)調器接收到信息后將溫濕度數據通過(guò)串口發(fā)送給PC計算機顯示。以此實(shí)現基于Z—Stack協(xié)議棧的溫濕度數據的無(wú)線(xiàn)透明傳輸，其原理框圖如圖1所示。

本系統主要由五個(gè)單元模塊構成：數字溫濕度傳感器、傳感器節點(diǎn)、協(xié)調器、上位機和能量供應模塊組成。數字溫濕度傳感器模塊，負責區域內的溫濕度信息采集和數據轉換；傳感器節點(diǎn)中的微控制器負責控制整個(gè)傳感器節點(diǎn)的操作和數據存儲；ZigBee無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊負責對信號進(jìn)行處理發(fā)送；傳感器節點(diǎn)由溫濕度傳感器SHT11檢測得到溫濕度信息，并轉化為數字信號，傳輸至CC2430，由CC2430負責對信號進(jìn)行處理發(fā)送。節點(diǎn)電源部分使用兩節AA電池，通過(guò)一個(gè)電壓轉換芯片BL8555將電壓轉化成3．3 V。其中協(xié)調器是匯聚節點(diǎn)，多個(gè)溫濕度傳感器節點(diǎn)放置于不同的監測區域，每個(gè)傳感器都會(huì )把采集的溫濕度送給傳感器節點(diǎn)，再由傳感器節點(diǎn)把數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸給協(xié)調器，然后協(xié)調器統一把數據傳送給上位機做進(jìn)一步處理和顯示。

2 硬件設計
2．1 傳感器節點(diǎn)硬件設計
傳感器節點(diǎn)主要由數字溫濕度傳感器、微控制器及無(wú)線(xiàn)通信電路組成。傳感器節點(diǎn)的主控制器實(shí)時(shí)采集處理溫濕度數據后，將數據傳遞給CC2430無(wú)線(xiàn)通信模塊，以實(shí)現數據的定時(shí)發(fā)送。
2．2 通信節點(diǎn)硬件設計
協(xié)調器負責建立無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、發(fā)送網(wǎng)絡(luò )信標、存儲網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)信息、對消息進(jìn)行路由選擇等任務(wù)，其硬件組成主要包括處理器、時(shí)鐘電路、存儲器、電平轉換電路、天線(xiàn)等部分。在本系統中協(xié)調器節點(diǎn)采用CC2430為核心的控制器，它只需少量的外圍電路即可實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信功能，硬件電路如圖2所示。