基于ZigBee技術(shù)的溫濕度數據采集系統設計

摘要：隨著(zhù)嵌入式計算、傳感器、無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)被廣泛應用于環(huán)境監測、軍事國防和工農業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，已成為電子信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。CC2430是TI公司針對ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢。基于CC2430和ZigBee協(xié)議，設計了溫濕度數據采集系統，分別給出了協(xié)調器和普通節點(diǎn)的軟件算法，在干擾環(huán)境下測試表明，網(wǎng)絡(luò )具有較強的魯棒性和自組能力。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)；CC2430；ZigBee；數據采集

0 引言
隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)不斷涌現，如GSM，3G等無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)以及藍牙、WiFi等無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，它們越來(lái)越被人們所熟悉和應用。然而，這些技術(shù)的設備系統非常復雜，且功耗較大、成本很高，不便于在一些低數據速率和通信范圍較小的場(chǎng)合使用，例如數據采集系統、智能家居等領(lǐng)域。近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的出現為這些問(wèn)題帶來(lái)了更好的解決方法，其中ZigBee作為一種低復雜度、低功耗、低成本的低速率無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)越來(lái)越被人們所重視，開(kāi)發(fā)應用ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)設備已成為業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。本文設計一種基于ZigBee的溫濕度數據采集系統，利用CC2430通信模塊組建小型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，并實(shí)現了傳感器網(wǎng)絡(luò )的軟硬件設計。其算法經(jīng)干擾環(huán)境下測試表明，網(wǎng)絡(luò )具有較強的魯棒性和自組能力。

1 ZigBee技術(shù)及CC2430簡(jiǎn)介
1．1 ZigBee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率和低成本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。它是介于無(wú)線(xiàn)標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接。一般而言，隨著(zhù)通信距離的增大，設備的復雜度、功耗以及系統成本都在增加。相對于現有的各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)。由于ZigBee技術(shù)的低數據速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，決定了ZigBee技術(shù)適合于承載數據流量較小的業(yè)務(wù)。所以ZigBee聯(lián)盟預測的主要應用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車(chē)自動(dòng)化、農業(yè)自動(dòng)化和醫用設備控制等。
1．2 CC2430芯片
該設計的微處理器使用TI公司的CC2430，它可用于2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee的片上系統解決方案。CC2430內部整合了IEEE80 2．15．4標準的2．4 GHz的RF無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機、內存和微控制器。它使用一個(gè)8位MCU(8051)，有128 KB的可編程閃存和8 KB的RAM，同時(shí)還包含ADC、定時(shí)器、AES-128協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、掉電檢測電路等。CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，封裝尺寸僅7 mm×7 mm。微處理器全速工作頻率為32 MHz，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗約為27 mA。CC2430的休眠模式以及其從休眠模式轉換到工作模式的超短時(shí)間(在微秒級)的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(cháng)的應用。

2 數據采集系統總體架構
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )終端節點(diǎn)主要由數據采集模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源管理模塊組成。數據采集模塊負責通過(guò)各種類(lèi)型的傳感器采集物理信息；數據處理模塊負責控制整個(gè)節點(diǎn)的處理操作、功耗管理以及任務(wù)管理等；數據通信模塊負責與其他節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，它通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)電波將數據傳送到路由節點(diǎn)或主協(xié)調器節點(diǎn)，路由節點(diǎn)再將數據轉送到主協(xié)調器節點(diǎn)或經(jīng)過(guò)上級路由節點(diǎn)轉給主協(xié)調器節點(diǎn)，主協(xié)調器節點(diǎn)通過(guò)RS 232串口將所有信息匯集傳至PC機或服務(wù)器。數據采集系統總體架構圖如圖1所示。