基于ZigBee無線傳感器網絡的溫度測量

摘要：ZigBee是一種短距離的雙向無線通信技術，技術特點可以概括為4低：低復雜度、低功耗、低數據速率及低成本。它主要適用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。為了避免溫度監控節點與數據集中器之間系統安裝過程中煩瑣的布線工作，采用ZigBee技術進行數據傳輸。在此對ZigBee技術進行分析和對CC2430芯片進行研究，并介紹了系統構成和組成原理，做了溫度測量的實驗，溫度監測結果以數據、曲線等方式在數據集中器人機界面上顯示。實踐結果表明，該設計達到了預期目標。
關鍵詞：ZigBee；無線通信；溫度測量；人機界面

0 引言
在現代工農業生產中，進行環境溫度檢測是必不可少的內容。目前，很多場合的多點分布式溫度測量系統大多還是采用有線傳輸方式，需要在現場進行大量布線，這給系統的布設、維護和更新升級帶來諸多不便。本文設計了一種基于ZigBee技術的數據傳輸，以RF(射頻)芯片CC2430為核心，能夠高效地完成對環境溫度的無線檢測，可以有效解決復雜布線帶來的不便。

1 ZigBee原理
1．1 網絡拓撲
基于IEEE 802．15．4標準的ZigBee無線網絡技術，工作于3個頻段(868 MHz，915 MHz，2．4 GHz)，數據率最高可達250Kb／s。網絡拓撲可分為圖1所示的星形拓撲、簇狀拓撲和網狀拓撲。其中，簇狀拓撲和網狀拓撲均有一個主控節點和若干個路由節點以及終端節點，可以實現多跳數據通信，因而覆蓋范圍加大，路由也可因地制宜做動態調整。所以將ZigBee傳感器網絡應用于測溫系統，極大地提高了系統的靈活性和適用范圍，彌補了有線測溫系統的不足。

1．2 無線信道組成
表1為ZigBee無線信道的組成。2．4 GHz波段為全球統一的ISM頻段，免費開放，有助于ZigBee設備的推廣和生產成本的降低；物理層通過采用16相高階調制技術，提供250 Kb／s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。868 MHz是歐洲附加的ISM頻段，915MHz是美國附加的ISM頻段，這兩個頻段上的ZigBee設備避開了來自2．4GHz頻段中其他無線通信設備和家用電器的無線電干擾。這兩個頻段上無線信號傳播損耗較小，可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋較多的區域。為了提高傳輸數據的可靠性，ZigBee采用了時隙化的載波偵聽和沖突避免的信道接口CAMA-CA(Carrier Sense Multipie Access with Collision Avoidanee)算法。

1．3 ZigBee消息方式
ZigBee通信消息幀有“KVP”和“Message”兩種方式，其中“Message”方式的幀格式可以由用戶自己定義，操作方式比較靈活，在此，選擇了“Message”方式，其幀格式定義如下：
OTAFrome{Uintl6 StanWord；
Byte Length；
Byte Cmd；
Byte 3Data；
Byte Endbyte；}；
可以通過定義的OTAFrame In和OTAFrame Out來接收和發送消息幀，實現無線接口。