基于ZigBee技術的溫濕度數據采集系統(tǒng)設計

摘要：隨著嵌入式計算、傳感器、無線通信等技術的飛速發(fā)展，無線傳感網被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、軍事國防和工農業(yè)控制等諸多領域，已成為電子信息技術發(fā)展的一個熱點。CC2430是TI公司針對ZigBee的無線傳感網芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網簡單等優(yōu)勢。基于CC2430和ZigBee協議，設計了溫濕度數據采集系統(tǒng)，分別給出了協調器和普通節(jié)點的軟件算法，在干擾環(huán)境下測試表明，網絡具有較強的魯棒性和自組能力。
關鍵詞：無線傳感網；CC2430；ZigBee；數據采集

0 引言
隨著計算機網絡技術及無線移動通信技術的迅速發(fā)展，各種新的無線網絡通信技術不斷涌現，如GSM，3G等無線移動通信技術以及藍牙、WiFi等無線局域網技術，它們越來越被人們所熟悉和應用。然而，這些技術的設備系統(tǒng)非常復雜，且功耗較大、成本很高，不便于在一些低數據速率和通信范圍較小的場合使用，例如數據采集系統(tǒng)、智能家居等領域。近年來，無線傳感網的出現為這些問題帶來了更好的解決方法，其中ZigBee作為一種低復雜度、低功耗、低成本的低速率無線連接技術越來越被人們所重視，開發(fā)應用ZigBee技術的無線設備已成為業(yè)界的一個熱點。本文設計一種基于ZigBee的溫濕度數據采集系統(tǒng)，利用CC2430通信模塊組建小型無線傳感器網絡，并實現了傳感器網絡的軟硬件設計。其算法經干擾環(huán)境下測試表明，網絡具有較強的魯棒性和自組能力。

1 ZigBee技術及CC2430簡介
1．1 ZigBee技術
ZigBee技術是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率和低成本的無線網絡技術。它是介于無線標記技術和藍牙之間的技術，主要用于近距離無線連接。一般而言，隨著通信距離的增大，設備的復雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對于現有的各種無線通信技術，ZigBee技術是最低功耗和最低成本的技術。由于ZigBee技術的低數據速率和通信范圍較小的特點，決定了ZigBee技術適合于承載數據流量較小的業(yè)務。所以ZigBee聯盟預測的主要應用領域包括工業(yè)控制、消費性電子設備、汽車自動化、農業(yè)自動化和醫(yī)用設備控制等。
1．2 CC2430芯片
該設計的微處理器使用TI公司的CC2430，它可用于2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee的片上系統(tǒng)解決方案。CC2430內部整合了IEEE80 2．15．4標準的2．4 GHz的RF無線電收發(fā)機、內存和微控制器。它使用一個8位MCU(8051)，有128 KB的可編程閃存和8 KB的RAM，同時還包含ADC、定時器、AES-128協同處理器、看門狗定時器、掉電檢測電路等。CC2430芯片采用0．18μm CMOS工藝生產，封裝尺寸僅7 mm×7 mm。微處理器全速工作頻率為32 MHz，在接收和發(fā)射模式下，電流損耗約為27 mA。CC2430的休眠模式以及其從休眠模式轉換到工作模式的超短時間(在微秒級)的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。

2 數據采集系統(tǒng)總體架構
無線傳感器網絡終端節(jié)點主要由數據采集模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源管理模塊組成。數據采集模塊負責通過各種類型的傳感器采集物理信息；數據處理模塊負責控制整個節(jié)點的處理操作、功耗管理以及任務管理等；數據通信模塊負責與其他節(jié)點進行無線通信，它通過ZigBee無線電波將數據傳送到路由節(jié)點或主協調器節(jié)點，路由節(jié)點再將數據轉送到主協調器節(jié)點或經過上級路由節(jié)點轉給主協調器節(jié)點，主協調器節(jié)點通過RS 232串口將所有信息匯集傳至PC機或服務器。數據采集系統(tǒng)總體架構圖如圖1所示。