基于GPRS的ZigBee協(xié)調器網(wǎng)關(guān)設計通信

摘要：介紹了一種可進(jìn)行遠程監測和控制的數據采集系統。多個(gè)測控節點(diǎn)組成ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )，利用GPRS模塊連接因特網(wǎng)擴展傳輸范圍，與基于LabVIEW的上位機程序進(jìn)行TCP／IP協(xié)議通信，從而實(shí)現遠程監控。下位機設計了數據幀和采集控制指令；協(xié)調器網(wǎng)關(guān)可對數據進(jìn)行選擇性接收和處理，并實(shí)現斷線(xiàn)后自動(dòng)連接；上位機完成對采集數據的解析、顯示以及保存，并能發(fā)送控制指令。
關(guān)鍵詞：ZigBee；GPRS；LabVIEW；TCP／IP協(xié)議

0 引言
ZigBee協(xié)議是一種基于IEEE 802．15．4標準的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，其主要特點(diǎn)是低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率以及低成本，普遍應用于自動(dòng)控制和測量領(lǐng)域，可以嵌入各種設備，是一種數據傳輸可靠性高的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通信技術(shù)。而GPRS模塊則是通過(guò)手機終端連接因特網(wǎng)來(lái)實(shí)現數據的雙向傳輸，它的協(xié)議規程體現了無(wú)線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )相結合的特征。因此可以通過(guò)GPRS技術(shù)來(lái)拓展ZigBee測量控制網(wǎng)絡(luò )的作用范圍。目前GPRS的數據傳輸主要是基于TCP和UDP兩種通信協(xié)議，其中TCP是面向連接的協(xié)議，提供IP環(huán)境下的數據可靠傳輸，適用于可靠性要求比較高的數據通信系統，而UDP不需要建立連接即可開(kāi)始傳輸數據，通信效率較高，但可靠度不高，適用于一次只傳輸少量數據的場(chǎng)合LabVIEW作為一種圖形化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，為學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和研究實(shí)驗室所廣泛接受，運用內嵌的TCP／IP網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議組通信，可以直接調用TCP模塊完成流程圖編寫(xiě)，而無(wú)需過(guò)多考慮網(wǎng)絡(luò )底層實(shí)現，使用該軟件可方便完成上位機測量和控制程序的編制。

1 網(wǎng)絡(luò )組建整體方案
系統網(wǎng)絡(luò )組成如圖1所示，首先由SHT11數字溫濕度傳感器和CC2530芯片的ADC通道組成傳感器數據輸入通道，輸入的信息經(jīng)CC2530芯片采集處理后打包無(wú)線(xiàn)發(fā)送到協(xié)調器節點(diǎn)，然后協(xié)調器節點(diǎn)利用串口2將數據發(fā)送給STC12C5A32S單片機，單片機將收到的數據進(jìn)一步處理后，通過(guò)另一串口把有效數據傳送至華為GTM-900C模塊，最后GPRS模塊利用Internet把最終數據發(fā)送至上位機，并同時(shí)監聽(tīng)上位機指令，一旦接收到指令將轉發(fā)給協(xié)調器直至各采集控制節點(diǎn)，從而實(shí)現數據的雙向傳輸。

2 下位機數據分析
協(xié)調器網(wǎng)關(guān)需要把測控節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳輸過(guò)來(lái)的數據透明發(fā)送至上位機，有效的數據幀通過(guò)下位機編程為固定長(cháng)度是20 B的數據，有些字節可變，有些字節是固定的。比如一個(gè)數據幀用十六進(jìn)制表示為：FE 0F 46 87C6 E9 02 00 09 00 1A 21 00 00 48 9E 00 00 00 07。其中FE為每幀開(kāi)始的字節；0F，02 00，09 00是固定的字節，表示數據包和有效數據位，46 87為接收標志；最后一個(gè)字節07是前面19個(gè)字節的異或運算值，C6 E9為傳感器節點(diǎn)16位地址號，隨著(zhù)數據來(lái)自不同節點(diǎn)變化；1A為節點(diǎn)溫度的整數部分，換算為十進(jìn)制值為26 ℃，可變；21為節點(diǎn)10倍片上電壓值，換算至十進(jìn)制值為33 V，可變；0000為父節點(diǎn)地址；48為節點(diǎn)相對濕度值，轉換至十進(jìn)制值為72％，可變；9E為節點(diǎn)溫度的小數部分，換算為十進(jìn)制值的算法是(9×16+15)／256=0．62℃，可變；00 00 00為預留下來(lái)的3 B，用于其他傳感器節點(diǎn)數據的傳送。
協(xié)調器網(wǎng)關(guān)同時(shí)也接收上位機的命令數據并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )發(fā)送至具體節點(diǎn)。命令數據為3 B，前2個(gè)字節為目標地址，第3個(gè)字節為采集控制命令。如設置80為停止采集指令，40為開(kāi)始采集命令，01，02，03為采集周期選擇命令。協(xié)調器地址是固定的十六進(jìn)制數0x0000，其他傳感器節點(diǎn)地址與之不同，因此當發(fā)送的前兩個(gè)字節為0000時(shí)，可以此做為向全體傳感器節點(diǎn)廣播命令的判據。如果前兩個(gè)字節是具體的單個(gè)節點(diǎn)地址，則只有相應節點(diǎn)接收到控制命令。