基于ZigBee 的多點(diǎn)溫度采集系統設計與實(shí)現

　　4.2 ZigBee 無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)及數據通信

　　ZigBee 通信協(xié)議采用分層結構,節點(diǎn)通過(guò)在不同層上的特定服務(wù)來(lái)完成所要執行的各種任務(wù)。本系統采用TI 提供的ZigBee2006 協(xié)議棧Z-Stack,在IEEE 802.15.4 標準物理層(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)基礎上增加了網(wǎng)絡(luò )層、應用層和安全服務(wù)規范,是一種較好的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )組建方案。

　　ZigBee 設備類(lèi)型按網(wǎng)絡(luò )功能分為三種:協(xié)調器、路由器、終端。由于本系統采用星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,所以只存在協(xié)調器和終端兩種設備。

　　本系統中主節點(diǎn)被初始化為網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器。協(xié)調器包含所有的網(wǎng)絡(luò )消息, 存儲容量最大、計算能力最強。

　　它的功能是發(fā)送網(wǎng)絡(luò )信標、建立網(wǎng)絡(luò )、管理網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)、存儲網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)信息、收發(fā)信息。

　　從節點(diǎn)被初始化為無(wú)信標網(wǎng)絡(luò )中的終端設備。上電復位后,即開(kāi)始搜索指定信道上的網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器,并發(fā)出連接請求。建立連接成功后, 從節點(diǎn)將得到一個(gè)16 位的網(wǎng)絡(luò )短地址,并采用非時(shí)隙CSMA-CA 機制,通過(guò)競爭取得信道使用權,向主節點(diǎn)發(fā)送數據。各從節點(diǎn)每30 秒讀取一次I/O 接口上多片溫度傳感器數值, 同時(shí)開(kāi)啟睡眠定時(shí)器,當數據發(fā)送成功后該節點(diǎn)立即進(jìn)入睡眠狀態(tài),最大程度地降低功耗, 延長(cháng)從節點(diǎn)的電池使用時(shí)間。

　　數據包的格式由從節點(diǎn)串接的DS18B20 的數量決定,每個(gè)DS18B20 傳輸的數據長(cháng)度定義為3 字節,第1 字節為標識符,包括從節點(diǎn)編號,CC2430 的I/O 口編號以及此溫度傳感器的編號, 后2 個(gè)字節為溫度采集數據。

　　主節點(diǎn)收到數據包后, 對數據進(jìn)行分析處理, 把從節點(diǎn)上的每個(gè)溫度傳感器的數據采集值進(jìn)行轉換,得到實(shí)際的溫度值,然后發(fā)送給上位PC 機。主從各節點(diǎn)的組網(wǎng)及通信流程如圖5 所示。

圖5 主從節點(diǎn)組網(wǎng)通信流程圖

　　4.3 PC 機串口通信及監控

圖6 上位機軟件運行界面

　　上位機采用VB 編程語(yǔ)言編寫(xiě)串口通信及數據庫程序,在工程中添加MSComm 控件實(shí)現串口傳輸和接收數據[4]。使用ADO 對象連接Access 數據庫,將當前數據存入數據庫中,將控件Pictur eBox 作為容器,實(shí)現曲線(xiàn)圖的動(dòng)態(tài)顯示,此過(guò)程涉及到曲線(xiàn)、坐標軸、格線(xiàn)和坐標刻度的消隱和重繪。消隱的實(shí)現主要用背景色重繪曲線(xiàn)和網(wǎng)格線(xiàn), 并覆蓋坐標刻度數字, 重繪實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和坐標軸網(wǎng)格線(xiàn)通過(guò)Li n e 方法來(lái)實(shí)現, 坐標軸刻度、標簽、圖標等的標注使用Print 方法實(shí)現[5]。

　　當程序開(kāi)始運行后, 打開(kāi)串口, 就可將接收到的實(shí)時(shí)數據加入到各節點(diǎn)的歷史溫度數據庫,同時(shí)可以從運行界面看到歷史溫度變化曲線(xiàn)。圖表中曲線(xiàn)的最右端為當前溫度, 點(diǎn)擊節點(diǎn)按鈕, 然后選中指定的溫度數據框,即可查看對應傳感器節點(diǎn)的溫度歷史數據和變化情況, 軟件運行時(shí)的界面如圖6 所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文設計了一種基于ZigBee 技術(shù)的無(wú)線(xiàn)溫度采集系統,采用CC2430 芯片設計主從節點(diǎn),硬件結構精簡(jiǎn)、體積小、能耗低, 所組成的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )具有自組織,自適應的特點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗調試,該溫度采集系統達到了設計要求,效果良好。鑒于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)具有功耗低、數據傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò )容量大、兼容性好、實(shí)現成本低等諸多優(yōu)點(diǎn), 可廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域, 尤其適用于數字家庭、智能大廈溫度控制、小區安防監測等, 具有較好的通用性和應用前景。