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《基于zigbee多点温度采集系统设计实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、-摘要:针对广阔空间环境温度采集系统对功耗及成本的要求,设计了基于无线传感网络技术的多点温度采集系统．以CC2430为主控芯片,选用DS18B20作为温度采集节点的传感器,基于ZigBee协议栈构建无线网络实现主从节点之间数据的采集与传输,利用串口通信技术与PC机通信,并编程实现数据处理、存储与显示。 1引言 随着生产技术的提高,环境温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,
2、扩展性和可移植性较差。尤其对于广阔空间环境中的温度采集,如果采用有线方式其成本和功耗都比较高。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。 本文设计了一种基于ZigBee无线技术的多点温度采集系统,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通信,并建立温度数据库,实现了数据的统一管理。该系统具有扩展性好、稳定可靠、维护方便等特点。 2系统整体概述 本文设计的温度采集系统结构如图1所示。系统采用ZigBee星型网络拓扑结构,建立了一个主节点,四个从节点的无线传感网络,
3、实现数据的无线传输。各个从节点连接数字温度传感器DS18B20定时采集环境温度,并通过无线传感网络将数据依次向主节点发送,主节点收到数据后通过串口传给上位PC机,上位机将采集的数据存入数据库,对数据进行分析处理,并在监控界面显示温度实时变化曲线。.--- 图1温度采集系统结构图 3系统硬件设计 3.1主节点硬件设计 选择CC2430作为主节点的处理器,该芯片是全球首款支持ZigBee协议的片上系统(SOC)解决方案,集成了一个8051MCU内核以及符合IEEE802.15.4规范的2.4GHz的无线收发器。芯片内部有8kb的RAM,可选32/64/128kB的Fla
4、sh存储单元,包含模拟数字转换器、定时器、看门狗定时器、AES128协处理器等,同时提供了2个UART接口以及21个可编程I/O.---引脚。该芯片具有高度集成性和丰富的硬件资源,使得外围电路的设计变得十分简单。 主节点是整个网络的协调器,作为全功能设备(FullFunctionDevice,FFD),负责网络组建和维护、温度采集数据无线接收、与上位PC机串口通信。因此采用CC2430-F128(128kBFlash)芯片,并在CC2430典型应用电路的基础上扩展串行通信接口,选用MAX3232芯片实现TTL与RS232电平转换。ZigBee主节点的硬件电路如图2所示。.
5、---图2ZigBee主节点电路 3.2从节点硬件设计 从节点主要负责温度采集和数据无线传输,可作为简化功能设备(Reduced.---FunctionDevice,RFD),以降低功耗和成本。芯片采用CC2430-F32(32kBFlash),其硬件电路和主节点大致相同,只是去掉了串口通信电路,同时在从节点芯片的I/O口上接入多个温度传感器DS18B20以实现多点温度数据的采集。 DS18B20是“单总线”数字温度传感器,其测量温度范围为-55℃～+125℃,支持3～5.5V电压供电,主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器和配置寄存器
6、。ROM中的64位序列号出厂前已光刻固化,每个传感器的序列号都是唯一的,因此可以在一根总线上挂接多个DS18B20,能极大减少I/O口的占用。本系统中用DS18B20进行多点温度采集时,传感器与从节点的CC2430的连接形式如图3所示。图3温度传感器节点连接图 由于ZigBee设备功耗很低,并且能设置成定时睡眠模式以进一步省电,而DS18B20本身功率也非常小,所以本系统中的主、从各节点均采用2节1.5V电池供电即可满足实际需要。.--- 4系统软件设计 4.1温度传感器数据采集 DS18B20可设定9～12位的分辨率,本系统采用12位分辨率,转换精度为0.0625
7、℃,转换温度信号所需最长时间为750ms。温度数据由2字节组成,以符号扩展的二进制补码形式存储,最低4位是小数部分,中间7位是整数部分,1位符号位。 DS18B20内部RAM由9个字节的高速缓存器和E2PROM组成,前2个字节即为温度数据。通过复位指令、ROM和RAM功能命令,即可完成对指定DS18B20温度数据的采集和读取,所有读写操作都是通过与CC2430的I/O口连接的DQ引脚完成。 在一线制总线上串接多个DS18B20器件时,需要先发送跳过ROM指令,将所有传感器都进行一次温度转换,之后通过匹配ROM依
