基于zigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的溫度采集系統設計

2 分布式溫度采集系統原理
本系統由三類(lèi)節點(diǎn)組成：ZigBee協(xié)調器節點(diǎn)、路由器節點(diǎn)、傳感器節點(diǎn)。圖2所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調器是分布式處理中心，即匯聚節點(diǎn)。多個(gè)傳感器節點(diǎn)置于不同的監測區域，每個(gè)傳感器節點(diǎn)會(huì )先把數據傳給匯聚節點(diǎn)，然后匯聚節點(diǎn)把數據通過(guò)串口傳給上位機做進(jìn)一步處理并顯示給用戶(hù)。協(xié)調器節點(diǎn)可以與多個(gè)傳感器節點(diǎn)通信，這樣可以使本系統同時(shí)監測多個(gè)區域，何時(shí)檢測哪個(gè)區域通常由用戶(hù)通過(guò)協(xié)調器節點(diǎn)來(lái)控制。當被檢測區域的障礙物較多或者協(xié)調器節點(diǎn)距離傳感器節點(diǎn)較遠時(shí)，可以通過(guò)增加路由器節點(diǎn)來(lái)增強網(wǎng)絡(luò )的穩定性。當用戶(hù)沒(méi)有數據請求時(shí)，傳感器節點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。

3 節點(diǎn)的硬件設計
3．1 ZigBee無(wú)線(xiàn)收發(fā)器CC2430
無(wú)線(xiàn)模塊可選用無(wú)線(xiàn)收發(fā)器CC2430來(lái)實(shí)現。CC2430是挪威Chipcon公司的一款真正符合IEEE802．15．4標準的片上ZigBee產(chǎn)品。CC2430采
用Chipcon公司最新的SmaitRF03技術(shù)和0．18μmCMOS工藝制造，采用7×7 mm QLP48封裝。該芯片除了包括RF收發(fā)器外，還集成了加強型805lMCU、32／64／128 KB的Flash內存、8 KB的RAM、ADC、DMA和看門(mén)狗等。CC2430工作在2．4GHz頻段，采用低電壓(2．O～3．6 V)供電，且功耗很低(接收數據時(shí)為27 mA，發(fā)送數據時(shí)為25 mA)、靈敏度高(-97 dBm)、最大輸出為24dBm、最大傳送速率為250 kb／s。CC2430的外圍元件數目很少，它使用非平衡天線(xiàn)，因為連接非平衡變壓器可使天線(xiàn)性能更好。CC2430無(wú)線(xiàn)單片機在待機時(shí)的電流消耗僅0．2μA，在32 kHz晶體時(shí)鐘下運行時(shí)的電流消耗小于1 μA。因此，使用小型電池壽命可以長(cháng)達10年。
3．2 ZigBee協(xié)調器節點(diǎn)的硬件設計
ZigBee協(xié)調器節點(diǎn)硬件設計如圖3所示，該節點(diǎn)由無(wú)線(xiàn)收發(fā)器CC2430、射頻天線(xiàn)RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。RF的輸入／輸出是高阻和差動(dòng)的，用于RF口最合適的差動(dòng)負載是(115+j180)Ω。當使用不平衡天線(xiàn)(例如單極天線(xiàn))時(shí)，為了優(yōu)化性能，應當使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運行在使用低成本的單獨電感器和電容器的場(chǎng)合。電源模塊用于CC2430的數字I／O和部分模擬I／O的供電，供電電壓為2．0～3．6 V。CC2430可以同時(shí)接32 MHz和32．768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿(mǎn)足不同的要求。串口電路用于CC2430將接收到的數據傳送給上位工控機，由于上位工控機與CC2430的電平不一致，所以需要一個(gè)MAX232電平轉換電路。

3．3 路由器節點(diǎn)的硬件設計
路由器節點(diǎn)的主要任務(wù)是將不同區域的數據從傳感器節點(diǎn)路由到協(xié)調器節點(diǎn)，因此，該電路比較簡(jiǎn)單，該節點(diǎn)由無(wú)線(xiàn)收發(fā)器CC2430、射頻天線(xiàn)RF、電源模塊和晶振電路組成。