基于zigbee无线组网的微型气象站设计

《基于zigbee无线组网的微型气象站设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于ZigBee无线组网的微型气象站设计　　摘要：针对传统气象站数据采集精度低和建站成本高等缺点，设计了一种基于ZigBee无线组网的微型气象站，该气象站以ZigBee技术为依托，构建无线传感器网络来完成数据的实时采集、存储和传输。结果表明，ZigBee无线网络可使微型气象站建站更简单、功耗低、采集精度高，从而保证了气象监测数据的稳定传输。　　关键词：ZigBee；微型气象站；无线传感器网络；无线组网　　中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）06-00-02　　0引言　　由于我国面积大，使得气象监测覆盖范围过小，加上传统的气象数据采集

2、具有灵活性差、功耗大、稳定性低等缺点，很难得到准确的气象数据。人们生活水平提高的同时对气象预报的要求也越来越高[1，2]。当前普遍使用的气象站各气象要素之间的监测都相互独立，系统的开放性和兼容性不高[3]，并且气象传感器互换性能差，整个系统庞大，系统功耗大，这就使得传统气象站的建站成本高，不宜大规模建站[4]。所以，建立微型气象站势在必行，其具有成本低和建站简单等特点，有利于气象监测的全面化和提高监测的准确性。6　　随着通信技术、传感器技术和计算机技术的快速发展，无线传感器技术在许多领域得到广泛应用[5，6]。ZigBee技术具有组网能力强、功耗低、复杂度低等特点[7，8

3、]，能够很好地满足微型气象站的要求，使气象数据的采集、传输和处理更加简捷化和智能化。本文采用ZigBee技术搭建无线传感器网络，从而完成微型气象站系统中的气象要素（风向、风速、温度、湿度、大气压力、雨量等）的采集、传输和处理。　　1系统总体结构设计　　基于ZigBee无线组网的微型气象站监测系统把无线传感器网络配置成星形网络，设置一个ZigBee节点为网络的协调器，其他节点为ZigBee的终端设备。微型气象站系统中的气象传感器模块把采集到的气象数据传输给ZigBee的终端节点，终端设备在接收到采集的数据后再传输给网络的协调器，协调器将风向、风力、温度、湿度、降雨量等智能传

4、感器测量的数据和ZigBee的设备型号传输给计算机终端处理，完成整个气象数据采集、传输和处理的过程。　　本系统的总体设计框图如图1所示。　　2硬件设计　　2.1气象监测点设计　　微型气象站的监测点设计框架如图2所示。其中，数据采集模块是由风力传感器、风向传感器、温度传感器等气象要素传感器组成。传感器通过I/O接口与通信和处理模块相连接。　　2.2ZigBee模块　　本系统用的ZigBee模块是由TI公司推出的CC2530芯片。它支持IEEE802.15.4/ZigBee协议，是面向短距离自动控制领域设计的无线通信技术标准，工作在2.46GHz频段，该频段是全球统一不需要申

5、请的免费频道。同时，每个ZigBee网络节点可以连接三十多个传感器和受控设备。CC2530芯片集成了8051单片机内核和CC2520射频芯片的系统芯片，支持低功耗模式。本文选用的是CC2530F256，该芯片集成了256KB可编程闪存和8KBRAM，具有各种供电方式下的数据保持能力，并且包含了8路可配置的12位ADC、1个通用的16位定时器和2个8位定时器，以及21个可编程的I/O口，具有极高的灵敏度和抗干扰能力[9]。此外，CC2530芯片只需要极少的外接原件即可形成一个应用系统。因此，基于ZigBee技术的无线传感器网络构建简单，成本低。　　3软件设计　　3.1PC机

6、控制中心功能设计　　微型气象站监测系统中的各种传感器采集的数据最终都要传输到PC机的中央处理单元，对数据进行分析、管理和显示，因此，PC机的控制中心平台应包括初始化、数据采集、组网和数据显示等功能。具体框架如图3所示。　　初始化模块用来初始化I/O接口和ZigBee节点，组网模块根据网络的拓扑架构搭建系统需要的传感器网络。数据采集模块主要用来设定气象数据采集的方式，并完成数据的处理和发送，显示模块把采集到的数据直观的显示出来，以便于分析和管理。　　3.2组建网络　　在组网之前要对每个ZigBee节点进行配置，节点的初始配置在PC机的控制中心进行，传感器连接到PC6机，把初

7、始配置信息写入每个节点，确定设备的类型，协调器通过设备对象层向网络层发送网络形成要求，获取16位短地址，网络建成。终端设备发送网络发现请求，收到网络发现确认后，发送加入网络请求，获取16位短地址。然后发送IEEE地址请求，当被确认后，即完成了绑定。如果要实现多点通信就是将多个终端与协调器绑定，即实现了组网过程。简而言之，ZigBee无线网络的软件流程主要包括设备的初始化，建立网络，加入网络，采集数据，发送数据，接收数据，并将数据传输给PC机等。ZigBee协调器程序流程图如图4所示，终端设备程序流程如图5所示。　　从程序流程图