基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)溫度監控系統的設計

摘要：文章使甩ZigBee無(wú)線(xiàn)數傳模塊DRF1605作為數據通信的核心模塊，設計了一個(gè)小型的溫度監控系統，可以遠程與溫度節點(diǎn)建立聯(lián)系，設定溫度和讀取溫度，實(shí)現了溫度信號的檢測與控制。設計方法簡(jiǎn)單快速、使用界面友好，通過(guò)分置在多個(gè)地點(diǎn)的ZigBee溫度采集模塊，可以方便地實(shí)現多點(diǎn)分布式溫度信號的采集。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)數傳；ZigBee模塊；溫度監控

0 前言
ZigBee協(xié)議是基于IEEE802．15．4標準的低功耗、短距離的無(wú)線(xiàn)通信個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，與傳統無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)(如藍牙、紅外、寬帶衛星、3G、WLAN)相比，具有距離短、復雜度低、自組網(wǎng)功能、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，適用于自動(dòng)及遠程控制領(lǐng)域。而ZigBee模塊具有高度集成化的特點(diǎn)，可以輕松嵌入各種便攜式設備，使用戶(hù)無(wú)需考慮模塊的運行原理，只需要將自己的數據通過(guò)標準傳輸方式發(fā)送至模塊中，模塊便可依據預先配置好的網(wǎng)絡(luò )結構，與網(wǎng)絡(luò )中的目的節點(diǎn)進(jìn)行雙向通信。本設計使用ZigBee無(wú)線(xiàn)數傳模塊DRF1605搭建了一個(gè)基于MESH網(wǎng)絡(luò )的小型溫度監控系統，實(shí)現主機上位機程序和終端節點(diǎn)間溫度信號與控制信號的雙向通訊。

1 系統結構
設計使用ZigBee無(wú)線(xiàn)數傳模塊DRF1605作為數據通信的核心模塊，可以遠程與溫度節點(diǎn)建立聯(lián)系，設定和讀取溫度，實(shí)現溫度的檢測和控制。系統包含3個(gè)模塊：PC機端的上位機監控模塊、ZigBee無(wú)線(xiàn)數傳模塊、AVR單片機控制模塊。處于監測點(diǎn)的AVR單片機控制模塊對溫度傳感器DS18B20采集的溫度數據進(jìn)行處理，通過(guò)UART的方式發(fā)送給ZigBee終端節點(diǎn)模塊，由ZigBee中心節點(diǎn)模塊接收，并通過(guò)RS232端口返回至PC機端的用戶(hù)界面。用戶(hù)在用戶(hù)界面可以獲取監測點(diǎn)的當前溫度并設定監測點(diǎn)的預設溫度，AVR單片機控制模塊依據用戶(hù)UI設定的預設溫度與當前監測點(diǎn)溫度的對比實(shí)現溫度信號的監控。系統架構如圖1所示。

2 ZigBee數據傳輸模塊
ZigBee無(wú)線(xiàn)數傳模塊采用DTK廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)的完整功能模塊DRF1605，附帶RS232的總線(xiàn)接口板。DRF1605基于TI公司CC2530F256芯片，滿(mǎn)足ZigBee2007／PRO協(xié)議的全部特點(diǎn)，且CC2530F256芯片出廠(chǎng)時(shí)已自帶IEEE地址，用戶(hù)無(wú)需另行購買(mǎi)IEEE地址(MAC地址)，IEEE地址可作為Zig Bee模塊的標識。DRF1605結構框圖如圖2所示。

一個(gè)完整的ZigBee MESH網(wǎng)絡(luò )包含3種節點(diǎn)：中心節點(diǎn)、路由節點(diǎn)和終端采集節點(diǎn)，相鄰節點(diǎn)之間支持75M距離傳輸。在短距通信中，可以不使用路由器節點(diǎn)。本設計中的ZigBee數據傳輸采用兩種節點(diǎn)：協(xié)調(Coordinator)節點(diǎn)和終端(Route)節點(diǎn)。其中，協(xié)調節點(diǎn)為中心節點(diǎn)，與PC機相連，負責發(fā)送PC機數據和接收來(lái)自溫度采集模塊的信息；終端節點(diǎn)與單片機相連，負責發(fā)送溫度采集模塊的信息和接收PC機數據。2個(gè)模塊可以實(shí)現上電自動(dòng)組網(wǎng)，Coordinator節點(diǎn)自動(dòng)給所有的節點(diǎn)分配地址，不需要用戶(hù)手動(dòng)分配地址，具有斷電自動(dòng)保護等優(yōu)點(diǎn)，而且極易拓展，由于終端節點(diǎn)的設備配置方式基本一致，因此可以依據現有的終端節點(diǎn)迅速實(shí)現節點(diǎn)拓展，新加入的節點(diǎn)將異步完成網(wǎng)絡(luò )加入和重構，且當節點(diǎn)出現故障時(shí)，ZigBee模塊可以迅速重新架構網(wǎng)絡(luò )，保證數據網(wǎng)絡(luò )的正常通訊。
DRF1605可以形象的理解為“無(wú)線(xiàn)的RS232連接”，簡(jiǎn)單易用，不用考慮ZigBee協(xié)議，串口數據透明傳輸。有兩種數據傳輸方式：Coordi nator節點(diǎn)從串口接收到的數據會(huì )自動(dòng)發(fā)送給所有的節點(diǎn)，終端節點(diǎn)從串口接收到的數據，會(huì )自動(dòng)發(fā)送給Coordinator節點(diǎn)；也可以通過(guò)串口在任意節點(diǎn)間進(jìn)行數據傳輸，數據傳輸的格式為：0xFD(數據傳輸命令)+0x0A(數據長(cháng)度)+0x73 0x79(目標地址)+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0X10(數據，共0x0A字節)。