ZigBee與GPRS的遠程數據采集系統設計

摘要：ZigBee技術(shù)雖然先進(jìn)但網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍較小，本文將GPRS廣域無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)引入ZigBee網(wǎng)絡(luò )中，構建了一種遠程ZigBee網(wǎng)絡(luò )的數據采集與管理系統，并采用直觀(guān)方便的嵌入式Web服務(wù)器提高管理效率。系統測試結果證明了該系統具有很好的有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞：ZigBee GPRS；嵌入式Web服務(wù)器

引言
ZigBee是一種短距離、低速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，具有低功耗、低成本、易于組網(wǎng)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在諸多場(chǎng)合有著(zhù)廣泛應用，但ZigBee僅作為現場(chǎng)數據采集與控制的局域網(wǎng)，覆蓋區域十分有限，難以滿(mǎn)足當前遠距離數據采集與控制的需求。本文所設計的遠程數據采集系統采用ZigBee與GPRS技術(shù)實(shí)現了遠程的數據采集與控制，并結合嵌入式Web Server與RFID射頻識別方案，實(shí)現了通過(guò)瀏覽器和射頻識別卡進(jìn)行關(guān)鍵配置數據修改和臨時(shí)系統控制，具有較高的安全性與靈活性。另外，現場(chǎng)數據采集端的設備與數據接收／控制端的設備在硬件上具有較高的重復利用度。

1 系統結構設計
整個(gè)系統主要由ZigBee節點(diǎn)、GPRS模塊、嵌入式Web Server以及PN532 RFID模塊4個(gè)部分構成。其中ZigBee節點(diǎn)采用TI公司的CC2530方案實(shí)現，應用于現場(chǎng)的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)與數據采集、控制，ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的終端節點(diǎn)將采集到的數據通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò )匯集到協(xié)調器節點(diǎn)；GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900A模塊、ST公司的STM32 MCU，以及其他必要外圍電路組成，負責將數據轉發(fā)至控制終端，建立與固定IP的TCP／UDP連接；嵌入式Web Server采用TI公司的LM3S9D92實(shí)現，通過(guò)嵌入式Web Server對整個(gè)系統進(jìn)行基本管理、數據顯示，并將ZigBee網(wǎng)絡(luò )中協(xié)調器節點(diǎn)采集的數據或GPRS模塊輸出的數據雙向轉發(fā)；PN532 RFID模塊由LM3S9D92驅動(dòng)，實(shí)現修改、配置系統關(guān)鍵信息前的授權認證管理(身份識別)，以保證系統信息不被惡意篡改。整個(gè)遠程數據采集系統結構如圖1所示。

2 系統硬件設計
2．1 ZigBee節點(diǎn)
ZigBee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用CC2530F256進(jìn)行設計，工作在2．4 GHz頻段，是符合IEEE 802．15．4規范的SoC解決方案。片內集成高速8051內核，支持ZigBee2007 PRO協(xié)議棧；具有2～3．6 V的供電范圍以及良好的電源管理功能，可實(shí)現較低的運行功耗。實(shí)際電路設計采用核心板與擴展底板結合的方式，核心板引出CC2530最小系統，未使用的GPIO供擴展底板使用，在擴展底板上實(shí)現了三線(xiàn)制RS-232串口、指示LED、調試接口，以及其他必備外部應用電路。
2．2 GPRS模塊
GPRS模塊通信部分采用了SIMCOM公司的SIM900A模塊，SIM900A模塊是專(zhuān)門(mén)面向中國大陸市場(chǎng)設計的雙頻GSM／GPRS模塊，工作頻段為EGSM 900MHz和DCS 1800 MHz，可以自動(dòng)地搜尋兩個(gè)頻段，內嵌完整TCP／IP協(xié)議?；湛刂破鞑捎肧T公司的STM32F103C8，該芯片具有雙串口和一個(gè)硬件SPI接口，十分符合本系統GPRS模塊使用要求，且具有較高的性?xún)r(jià)比，使用SPI Flash W25X16作為外部掉電存儲器記錄GPRS模塊相關(guān)配置信息。