基于ZigBee技術的溫度監測系統的研究

　　0 引言

　　目前我國北方大部分地區都有溫室大棚，而且溫室大棚也隨著自動化監測技術的進步來到了現代化遠程監控的時代，農產品價格的提升使得溫室大棚采用進一步的先進技術成為可能，我們在此背景下將ZigBee技術用于溫室大棚的溫、濕度監測系統的數據采集，使得系統能夠實現分布式監測，并且降低了成本，將數據匯總后通過PTR2000遠程傳送至大棚管理者的電腦上，并通過后臺機的智能化軟件處理給出管理者實時的數據和及時的建議，從而讓蔬菜品質更好，產量更高。

　　要進行分布式監測就要首先建立分布式網絡，網絡通信方式的選擇是很重要的，根據系統中所傳輸數據的特點以及系統節點多，通信節點價格要低，并且不能布線的要求我們選擇了一個很新的技術——ZigBee技術來作為我們無線網絡的通信方式。在數據通信方面選擇了性價比最好的通信方式。

　　1 ZigBee簡介

　　ZigBee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。

　　ZigBee標準基于802．15．4協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構(Mesh) 和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。ZigBee是一種強調極低耗電、極低成本的短距離無線網絡技術，傳輸速度為20 k～250 kbps，ZigBee采用DSSS技術。功耗更低，依ZigBee網站公布，以一般電池電力而言，ZigBee產品可使用數月至數年之久。它非常適用于那些需要一年甚至更長時間才需更換電池的設備。這一點非常適合抄表系統。

　　2 溫室大棚分布式監測系統的工作原理及zigBee網絡在系統中的工作架構

　　溫室大棚分布式監測系統的工作原理為：由網狀分布的ZigBee節點通過溫度傳感器和濕度傳感器采集數據然后將數據傳送至主節點，由主節點再將匯總的數據通過PTR2000傳送至上位機，上位機將數據存入ACCESS數據庫表中，上位機的軟件可以顯示實時數據，歷史數據，并對數據進行處理對管理者提出合理的建議，并分析歷史數據做出智能化的管理。

　　其中網狀網絡是基于ZigBee無線傳感器網絡的，其網絡架構如圖1所示。

　　基于ZigBee無線網絡平臺的溫室大棚分布式監測系統具有以下幾個特點：

　　(1)無須布設通信線路，各設備之間實現無線自動組網連接，即降低了系統安裝成本。

　　(2)由于整個通信系統的各個模塊具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，體積小等優點，維護保養十分方便。

　　(3)卓越的物理性能，整個網絡所使用的無線頻率是國際通用的免費頻段(2．4～2．48 GHz ISM)，傳輸的方式是抗干擾能力強的直序擴頻方式(DSSS)。

　　(4)網絡的自組織、自愈能力強，ZigBee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡。

　　3 基于CC2430芯片的網絡節點設計

　　CC2430是ChipconAs公司最新推出的符合2．4 GIEEE802．15．4標準的射頻收發器。利用此芯片開發的無線通信設備支持數據傳輸率高達250 kbps可以實現多點對多點的快速組網。

　　CC2430芯片只需少量外圍部件配合就能實現信號的收發功能。圖2為該溫度檢測終端的硬件結構。

　　電路使用一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C1和電感L1、L2、L3以及一個PCB(印制板)微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入／輸出匹配電阻(50 Q)的要求。內部T／R交換電路完成LNA和PA之問的交換。R1和R2為偏置電阻，R1主要用來為32 MHz的晶振提供一個合適的工作電流。用1個32 MHz的石英諧振器(xTAL1)和2個電容(C2和C3)構成一個32 MHz的晶振電路。用1個32．768 kHz的石英諧振器(XTAL2)和2個電容(C4和C5)構成一個32．768 kHz的晶振電路。電壓調節器為所有要求1．8 V電壓的引腳和內部電源供電，電容C6和C7是去耦電容，用來為電源濾波，以提高芯片工作的穩定性。溫度傳感器DS18B20的數據輸入／輸出端DQ接 P0-0引腳，該引腳具有4 mA的輸出驅動能力。

　　數據傳輸節點采用PTR2000芯片進行無線遠程傳輸，PTR2000是一種新型的單片無線收發數傳MODEM模塊，該器件為超小型模塊器件，具有超低功耗、高速率(19．2 kb-ps)無線收發數傳功能，且性能優異，使用方便，PTR2000與單片機組成的數據傳輸節點硬件連接如圖3所示。

　　上位機軟件采用VB6．0，界面友好，可以顯示歷史數據，實時數據以及溫度、濕度曲線等。監測界面如圖4所示。

　　4 結束語

　　通過系統的設計和對于CC2430芯片的使用，感覺到ZigBee無線傳感網絡應用前景非常廣闊，CC2430芯片是真正意義上的SOC芯片，使得我們開發ZigBee無線傳感網絡會更加方便，產品開發周期會大大縮短