ZigBee温湿度采集系统设计

一 、温湿度度采囊系统的总体设计

协调器上电后，能够建立ZigBee无线网络，接着终端节点能查找并自动加入该ZigBee数传网络中，这时就建立起了协调器和终端节点的通信。

终端节点能够定时进行ZigBee数据采集温湿度数据，并将其通过ZigBee无线模块发送给协调器，协调器收到温湿度数据后，通过RS232通信串口传输上到PC机。系统设计原理图如图1-1：

图1-1 系统设计原理图

1．无线传感网络节点设计

针对ZigBee无线模块传感器网络的功能和组成，将传感器节点大致分成如下几个部分：ZigBee数据采集单元、处理单元、通讯单元、电源单元。无线传感器网络节点的模块如图l-2：

图1-2 无线传感器网络节点的模块

2．系统设计的主要任务

2．1硬件平台的搭建：基于符合ZigBee标准的CC2530和温湿度传感器DHTll相结合，实现系统对温湿度的ZigBee数据采集、存储和收集功能，并通过RS232与PC机相联，把收集到的温湿度数据传输到PC机中进行分析处理。

    2．2软件平台的搭建：在IAR开发环境下进行传感器节点程序的编写和编译，实现无线传感器网络对温湿度数据的采集，还能实现传感器节点之间的数据传输功能。

二、温湿度采集系统的硬件设计

1．系统采集单元设计

鉴于本实验测量环境的特殊要求，需要对温湿度高精确度的测量和长期的保持工作。而温湿度传感器DHTll具有超小的体积、极低的功耗、超长的信号传输距离和卓越的长期稳定性的特点。而且DHTll是单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。

下表对DHTll的引脚说明作介绍：

表2-1 SHT11引脚说明

2．系统处理单元

结合本系统设计的要求和先进性，符合ZigBee标准的CC2530必然成为系统设计的核心。无线单片机CC2530是用于2.4GHz IEEE 802．15．4、ZigBee和RF4CE应用的—个真正的片上系统(SOC)解决方案。CC2530有很多个功能单元，每个功能单元模块都有自己的特性以及功能，CC2530的模块图如图2-1，但是总的来说，分为三大类：

2．1CPU和闪存：CC2530的核心是高性能和低功耗的8051微控制处理器内核，32、64、128的系统内可编程闪存。还包括一个调试接口和看门狗，片上稳压器的存在使得CC2530的工作电压稳定。

    2．2外设、时钟和电源管理：CC2530用一个1.8V的低差稳压器来对数字设备和内核进行供电，具有较强的DMA功能。2个支持多种串行通信协议的强大USART保证了CC2530能够快速的进行数据传输。高级加密标准(AES)协处理器使得CC2530具有非常强的保密性。CSMA／CA选通处理器保证了数据传输具有一条良好的传输途径。

2．3无线电：CC2530使用了—个IEEE 802．15．4的兼容RF收发器。另外，通过RF内核来控制模拟无线模块。同时它提供了数据包过滤和地址识模块，这为数据的正确传输提供了保证。

图2-1 CC2530的模块图

3．通讯单元

数据采集包括温湿度传感器数据采集以及PC对数据采集和处理。系统采用的是RS232接口，它是一种双工串行通信接口，目前广泛运用于数据采集通信系统。

三、温湿度采集系统的软件设计

1．协调器的软件设计

协调器的任务主要是组建ZigBee数传网络、允许终端节点加入网络、绑定终端节点、将温湿度数据传给PC机。

首先给协调器上电，这时协调器会对硬件进行初始化，完成系统初始化，并通过搜索信道，一般是搜索特定的免费开发信道同时进行协调器地址和相关网络参数的设定，建立ZigBee无线网络。接着协调器会一直工作等待相关节点的加入，当有节点加入网络时，如果该节点发送的信息正确，协调器会同意该节点加入网络，同时分配给节点—个地址，这时该节点会发送请求绑定，协调器会响应节点的绑定请求，这样就实现两个节点的组网。对接收到的数据，在接收数据的同时，协调器还要通过通讯串口RS232将数据发送给PC机，来检测测量的结果是否符合设计的要求。协调器工作的流程图如图：

图3-1 协调器的程序流程图

2．终端节点的软件设计

终端节点的主要功能如下：自动加入网络、定时接收数据、处理和发送数据。

    首先给终端节点上电，这时系统进行硬件的初始化，主要是无线单片机中微处理器的初始化。通过一系列的初始化，完成终端节点的系数设置、寄存器工作模式的设置。系统初始化完成后，终端节点会搜索网络，如果搜索到了网络，这时节点会发送加入网络的信号，在接受的协调器发送的允许节点加入网络的信号后，接着向协调器发送绑定请求，从而使协调器和终端节点建立了点与点之间的通信，最后进入时间循坏模式，节点定时进行温湿度数据的采集，并把数据发送给协讽器。在没有事情发生的情况下。

终端节点会自动进入低功耗模式。终端节点工作的流程图：

图3-2 终端节点的程序流程图

 

四、结论

在实验室的环境下，由—个协调器和—个终端节点构成的星型网络结构。在IAR开发环境下，通过对ZigBee无线模块的编程，实现网络的组建和ZigBee数据采集，并通过串口发送到PC机上。

    经测试，系统各模块工作正常，可以实现系统组网和数据通信，能够及时、准确的获得各节点的温湿度值，实现了预期的功能。本设计利用ZigBee数传模块实现了无线温湿度采集系统方案，并完成了整个系统的软硬件设计，对ZigBee项目的应用研究具有一定的参考价值。