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1、一种远程的无线环境温湿度检测系统赵建华,曹超（西安工业大学电信学院,西安710032）摘要：针对目前环境温湿度检测系统功耗高,设备和维护成本高的要求,设计了以CC2530为主控制器,以SHT11传感器为温湿度采集节点的环境温湿度检测系统.根据环境温湿度检测技术的要求,设计了温湿度检测系统的硬件电路,给出系统的软件流程.该系统在ZigBee协议栈的基础上进行应用开发,采用无线传输数据的方式实现通信,并使用串口接收检测的温湿度数据.实验结果表明:系统稳定可靠,每一秒发送一次采集数据,数据准确,掉电后重新上电可以自组网,操作方便,上电即可采集数据,监测数据无丢包现象.该温湿度采集系统
2、性能稳定,电路简单成本低廉可扩展性好,节点采用电池即可供电功耗较低.关键词：Zigbee;传感器;环境监测;温湿度中图号：TP274.5文献标识符：A随着生产技术和生活水平的提高,环境温湿度指标越来越多的影响到生产效率、能源消耗和生活水平,不管是工业、农业、军事及气象领域,还是日常生活环境,都需要对温湿度进行监测.因而,设计可靠且实用的温度采集系统显得非常重要.在传统的温度采集系统中,节点一般采用有线连接方式,布线繁琐,扩展性和可移植性较差.数据的采集是利用仪器在各个监测点进行数据采集,然后人工到这些监测点去抄取数据.尤其对于广阔空间环境中的温湿度采集,如果采用有线方式其成本和
3、功耗都比较高,距离有限,代价昂贵.数据传输采用有线传输的方式,需要铺设专用线缆,不能达到自动化、智能化,需要耗费大量人力、物力.而ZigBee作为一种新兴的短距离、低功耗、低成本的无线通信技术,能广泛应用于工业控制、消费电子、家庭自动化、医疗监控各种领域[1].而ZigBee作为一种新兴的短距离、低功耗、低成本的无线通信技术,能广泛应用于工业控制、消费电子、家庭自动化、医疗监控各种领域[2].本文设计了一种基于ZigBee无线技术的温湿度采集系统,实现了主从节点间数据的无线传输,同时上位PC机采用串口与主节点协调器通信.实现对环境中温度、湿度的实时无线监测.1CC2530芯片及
4、Zigbee协议栈介绍CC2530在单个芯片上整合了符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机[3],具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性,它使用1个8位高性能和低功耗的8051微控制器核、具有32/64/128/256KB的可编程闪存和8KB的RAM、集成了12位模数转换的ADC、四个定时器、集成AES安全协处理器、看门狗定时器,32kHz晶振的休眠模式定时器在休眠模式时仅0.9μA的流耗,外部的中断或RTC能唤醒系统,在待机模式时少于0.6μA的流耗,外部中断能唤醒系统、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I/O引脚.硬件支持CSMA/CA功
5、能,具有电池监测和温度感测功能,带有2个强大的支持几组协议的USART以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC,较宽的电压范围（2.0～3.6V）.数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能[4].Zigbee拥有一套完整的协议层次结构,其协议栈结构模型如图1所示.完整的ZigBee协议栈包括物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL）.图1Zigbee协议结构模型Fig.1ZigbeeagreementstructuremodelfigureZigBee具有三种网络拓扑结构[5],即：星型、网状型和树型,网络拓扑结构如图2所示.星
6、型网络是基于中心的控制网络,由一个协调器节点和多个终端节点组成.网状型网络提供了更加灵活的机制,通过自组织和无线路由功能可提供多个数据通信路径,当最优通信路径发生故障时,网状网络会在冗余的其他路径中选择最合适的路径供数据通信;树型网络增加了路由功能概念,终端节点不但可以接入协调器节点,也可任意接入具有路由功能的节点[6].（1）星型（2）网状型（3）树型图2Zigbee网络拓扑结构Fig.2Zigbeenetworktopologystructure2SHT11传感器介绍SHT11是瑞士Sensirion公司推出的新型温湿度传感器,SHT11将温湿度传感器、信号放大调理、A/D
7、转换、IIC总线接口全部集成于一个芯片上,该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件[7].这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号,该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大器,然后进入一个14位的A/D转换器,最后经过二线串行数字接口输出数字信号.SHT11通过DATA数据总线输出的是相对湿度,需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值[8].3系统设计本文设计的温湿度采集系统结构如图3所示.系统采用ZigBee树型网络拓扑结构,建立了一个主节点,几
