基于ZigBee的溫室花房環(huán)境監測系統設計

摘要：為了實(shí)現溫室花房環(huán)境的實(shí)時(shí)監測，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的環(huán)境監測系統，并對系統的整體設計進(jìn)行了研究。通過(guò)對ZigBee技術(shù)的分析和對CC2430芯片的研究，利用ZigBee技術(shù)設計環(huán)境監測系統，運用該系統對溫室花房的溫度、濕度等進(jìn)行監測，達到實(shí)時(shí)遠程監測的目的。
關(guān)鍵詞：溫室花房；ZigBee；CC2430；環(huán)境監測

0 引言
溫室花房的環(huán)境溫濕度控制與管理是影響植物生長(cháng)過(guò)程的重要因素。目前，實(shí)際使用的各類(lèi)環(huán)境監測系統普遍存在網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)困難、成本高及實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題，本文針對上述問(wèn)題，提出了基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的溫室花房環(huán)境監測系統。該系統主要由低功耗微小無(wú)線(xiàn)傳感器通過(guò)自組織方式構成，可利用網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)功耗低、工作時(shí)間長(cháng)、成本低等特點(diǎn)，實(shí)現低成本無(wú)人連續在線(xiàn)監測。同時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)布置密集，對每個(gè)監測點(diǎn)都有多個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行測量，可以通過(guò)數據融合提高數據精度，而單節點(diǎn)失效也不致影響測量效果，這種測量方式使得系統容錯性強。另外，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )不僅可以進(jìn)行監測，還可對指定區域進(jìn)行查詢(xún)，這些特點(diǎn)是傳統在線(xiàn)監測系統所不具備的。

1 Zigaee技術(shù)
1．1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)述
在工業(yè)控制、環(huán)境監測、商業(yè)監控、汽車(chē)電子、家庭數字控制網(wǎng)絡(luò )等應用中，系統所傳輸的數據通常為小量的突發(fā)信號，即數據特征為數據量小，要求進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，如采用傳統的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，雖然能滿(mǎn)足上述要求，但存在著(zhù)設備的成本高、體積大和能源消耗較大等問(wèn)題，針對這樣的應用場(chǎng)合，人們希望利用具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)就是在這種需求下產(chǎn)生的。它是具有成本低、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其中文譯名通常稱(chēng)為“紫蜂”技術(shù)。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通信技術(shù)，可以實(shí)現使用廉價(jià)的電池就能夠連續工作多年的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。ZigBee的協(xié)議架構建立在IEEE 802．15．4標準基礎之上，該標準定義的無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )的特征與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有很多相似之處，很多研究機構把它作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的通信標準。表1詳細列出ZigBee的主要特點(diǎn)。

1．2 ZigBee芯片介紹
CC2430出自挪威Chipcon公司，是一款真正符合IEEE 802．15．4標準的片上ZigBee產(chǎn)品。該芯片延用以往CC2420芯片的結構，在單個(gè)芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用一個(gè)8位MCU(8051)，具有32／64／128 KB可編程閃存和8 KB的RAM，還包含模／數轉換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器、AES-128安全協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、32 kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復位電路、掉電檢測電路。CC2430還有21個(gè)可編程的I／O口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過(guò)軟件設定一組SFR寄存器的位和字節，可使這些引腳作為通常的I／O口或作為連接ADC、計時(shí)器或USART部件的外圍設備I／O口使用。其I／O口引腳功能如下：
1～6腳(P1．2～P1．7)：具有4 mA輸出驅動(dòng)能力；
8，9腳(P1．0，P1．1)：具有20 mA的驅動(dòng)能力；
11～18腳(P0．0～P0．7)：具有4 mA輸出驅動(dòng)能力；
43～46，48腳(P2．0～P2．4)：具有4 mA輸出驅動(dòng)能力。
CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA。
在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(cháng)的應用場(chǎng)合。