基于ZigBee技術(shù)的機房監控系統

2．1 傳感器模塊
傳感器模塊從ZigBee網(wǎng)絡(luò )的角度看，為一個(gè)RFD節點(diǎn)，通過(guò)2節5號電池供電。按照需要探測物理量的不同，各傳感器的硬件設計分述如下：
1)溫度傳感器 CC2430內部集成有一個(gè)溫度傳感器，其基本工作原理：片上溫感部分將溫度轉換為模擬電壓信號，其幅度范圍是0．648(-40℃)～1．039 V(+120℃)，之后經(jīng)過(guò)12位A／D轉換為數字信號，再除以一個(gè)溫度系數，則可得到當前溫度值。
2)濕度傳感器探頭 采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5超小型、自校準、多功能式智能傳感器來(lái)測量相對濕度，SHTl5型傳感器是單片、多用途的智能傳感器，其內部不僅包含基于濕敏電容器的微型相對濕度傳感器，而且還有14位的A／D轉換器和雙線(xiàn)串行接口，能輸出經(jīng)過(guò)校準的相對濕度。該智能傳感器的相對濕度測量范圍為0～100％，分辨率達0．03％，最高精度為±2％RH，電源電壓范圍2．5～5．5V，響應時(shí)間，小于3s。
3)煙感探頭 煙感探頭的基本工作原理：當煙霧進(jìn)入報警器室時(shí)，將隔斷或阻止紅外線(xiàn)的互通，紅外線(xiàn)的發(fā)射管收不到對方發(fā)來(lái)的光，光參數變化，經(jīng)處理電路進(jìn)行處理后，再轉換成低電平，并觸發(fā)報警。
2．2 空調控制節點(diǎn)設計
空調控制器節點(diǎn)完成從ZigBee網(wǎng)絡(luò )接收自主控計算機發(fā)來(lái)的空調啟、停命令并將其轉換成對應的遙控器紅外控制命令。從ZigBee網(wǎng)絡(luò )的角度看，空調控制器節點(diǎn)僅是一個(gè)RFD設備，主要是接收Z(yǔ)igBee數據，也由CC2430完成。其需要完成的另外一個(gè)任務(wù)就是通過(guò)紅外通道，模擬空調的遙控器完成控制空調的啟、停。在安裝配置系統時(shí)，通過(guò)“紅外學(xué)習口”對機房?jì)人b空調的遙控器紅外命令進(jìn)行學(xué)習，并將其存儲在EEPROM中。系統正常工作時(shí)，當接收到從ZigBee傳輸來(lái)的空調控制命令時(shí)，將其轉換為紅外發(fā)送命令，從EEPROM讀取數據，按照這些數據規定的脈寬參數控制紅外發(fā)射管發(fā)送紅外線(xiàn)，進(jìn)而直接控制空調。由于紅外控制命令的學(xué)習和發(fā)送會(huì )占用資源操作，如果其也由CC2430控制，將會(huì )加重CC2430負載，影響正常的ZigBee通信功能。因此使用51系列單片機AT89S52完成，CC2430與AT89S52之間通過(guò)串口來(lái)交換數據。這樣可以在不改裝空調的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單的紅外學(xué)習操作即可控制任意型號的空調，簡(jiǎn)化了系統的安裝使用，同時(shí)也大大提高了系統的可靠性?？照{控制節點(diǎn)的設計框架如圖3所示。

2．3 ZigBee中轉設備設計
該中轉設備的功能是完成以太網(wǎng)與ZigBee網(wǎng)絡(luò )之間的雙向數據交換，有2種實(shí)現方案。
2．3．1 CC2430+PC機
CC2430+PC機實(shí)現方案原理：CC2430負責ZigBee網(wǎng)絡(luò )的數據收發(fā)和轉存，PC機負責以太網(wǎng)數據的收發(fā)，二者之間通過(guò)RS-232交換數據。目前普通PC機的RS-232串口的波特率最高可達到115 200，而ZigBee的理論帶寬可達250 kb，二者速率大致在一個(gè)數量級，考慮到該系統設計所傳輸的大多是控制命令，數據流量不大，所以二者可以匹配使用。該實(shí)現方案研發(fā)周期短，可快速成型，且PC機資源豐富，可預留許多資源、功能供系統后續擴展，但成本較高，功耗較大。
2．3．2 CC2430+ARM(S3C44BOX)
與CC2430+PC機實(shí)現方案類(lèi)似，CC2430+ARM(S3C44BOX)實(shí)現方案只是用以ARM為核心的嵌入式系統代替PC機，二者通過(guò)UART交換數據。采用三星公司的ARM7系列器件S3C44BOX作為主控制器，其主要功能和特點(diǎn)如下：1)以太網(wǎng)接口，采用10 M以太網(wǎng)控制器RTL8019，提供標準RJ45插座；2)2路UART接口，波特率達115200；3)LCD接口，可接1600×1600以下分辨率的單色或256色STN／DSTN型各種LCD屏；4)IDE接口，可掛接硬盤(pán)；4)運行μcLinux操作系統。該實(shí)現方案結構緊湊，成本較低，同時(shí)ARM為低功耗器件，所以整個(gè)模塊的功耗很低。
通過(guò)對上述兩種實(shí)現方案的比較，并考慮到成本和功耗的問(wèn)題，因此這里選用第2種方案進(jìn)行設計。

3 系統軟件設計
3．1 ZigBee軟件設計
為縮短研發(fā)者的開(kāi)發(fā)時(shí)間和減小開(kāi)發(fā)難度，TI公司在提供器件的同時(shí)，另外還免費提供實(shí)現ZigBee協(xié)議的軟件——Z-Stack，此軟件不僅實(shí)現了ZigBee協(xié)議棧，并在此基礎上擴充成了一個(gè)微型的操作系統，其主要內容包括：1)硬件抽象層HAL，處理鍵盤(pán)輸入，LCD輸出，UART輸入、輸出等；2)操作系統抽象層(OSAL)；3)ZigBee協(xié)議棧、IEEE 802．15．4 MAC層；4)用戶(hù)層應用程序；5)監看測試程序，通過(guò)串口和：PC機上的測試工具通訊。