基于ZigBee 的多點溫度采集系統設計與實現

　　4.2 ZigBee 無線組網及數據通信

　　ZigBee 通信協議采用分層結構,節點通過在不同層上的特定服務來完成所要執行的各種任務。本系統采用TI 提供的ZigBee2006 協議棧Z-Stack,在IEEE 802.15.4 標準物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)基礎上增加了網絡層、應用層和安全服務規范,是一種較好的無線傳感網絡組建方案。

　　ZigBee 設備類型按網絡功能分為三種:協調器、路由器、終端。由于本系統采用星型網絡拓撲結構,所以只存在協調器和終端兩種設備。

　　本系統中主節點被初始化為網絡協調器。協調器包含所有的網絡消息, 存儲容量最大、計算能力最強。

　　它的功能是發送網絡信標、建立網絡、管理網絡節點、存儲網絡節點信息、收發信息。

　　從節點被初始化為無信標網絡中的終端設備。上電復位后,即開始搜索指定信道上的網絡協調器,并發出連接請求。建立連接成功后, 從節點將得到一個16 位的網絡短地址,并采用非時隙CSMA-CA 機制,通過競爭取得信道使用權,向主節點發送數據。各從節點每30 秒讀取一次I/O 接口上多片溫度傳感器數值, 同時開啟睡眠定時器,當數據發送成功后該節點立即進入睡眠狀態,最大程度地降低功耗, 延長從節點的電池使用時間。

　　數據包的格式由從節點串接的DS18B20 的數量決定,每個DS18B20 傳輸的數據長度定義為3 字節,第1 字節為標識符,包括從節點編號,CC2430 的I/O 口編號以及此溫度傳感器的編號, 后2 個字節為溫度采集數據。

　　主節點收到數據包后, 對數據進行分析處理, 把從節點上的每個溫度傳感器的數據采集值進行轉換,得到實際的溫度值,然后發送給上位PC 機。主從各節點的組網及通信流程如圖5 所示。

圖5 主從節點組網通信流程圖

　　4.3 PC 機串口通信及監控

圖6 上位機軟件運行界面

　　上位機采用VB 編程語言編寫串口通信及數據庫程序,在工程中添加MSComm 控件實現串口傳輸和接收數據[4]。使用ADO 對象連接Access 數據庫,將當前數據存入數據庫中,將控件Pictur eBox 作為容器,實現曲線圖的動態顯示,此過程涉及到曲線、坐標軸、格線和坐標刻度的消隱和重繪。消隱的實現主要用背景色重繪曲線和網格線, 并覆蓋坐標刻度數字, 重繪實時曲線和坐標軸網格線通過Li n e 方法來實現, 坐標軸刻度、標簽、圖標等的標注使用Print 方法實現[5]。

　　當程序開始運行后, 打開串口, 就可將接收到的實時數據加入到各節點的歷史溫度數據庫,同時可以從運行界面看到歷史溫度變化曲線。圖表中曲線的最右端為當前溫度, 點擊節點按鈕, 然后選中指定的溫度數據框,即可查看對應傳感器節點的溫度歷史數據和變化情況, 軟件運行時的界面如圖6 所示。

　　5 結束語

　　本文設計了一種基于ZigBee 技術的無線溫度采集系統,采用CC2430 芯片設計主從節點,硬件結構精簡、體積小、能耗低, 所組成的無線傳感網絡具有自組織,自適應的特點。通過實驗調試,該溫度采集系統達到了設計要求,效果良好。鑒于無線傳感網絡技術具有功耗低、數據傳輸可靠、網絡容量大、兼容性好、實現成本低等諸多優點, 可廣泛應用于生產生活的各個領域, 尤其適用于數字家庭、智能大廈溫度控制、小區安防監測等, 具有較好的通用性和應用前景。