基于zigbee 无线温度监测系统设计和实现

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1、基于Zigbee无线温度监测系统设计和实现　　摘要：随着传感器技术和无线通信技术的发展，ZigBee技术得到广泛应用，在数据实时监测与采集等方面，其应用优势更为显著。该文设计并实现的基于ZigBee的无线温度监测系统使用多个CC2430模块，一个作为ZigBee协调器，其余作为温度数据采集端。温度数据采集端采集温度数据并通过ZigBee协议上传至ZigBee协调器，ZigBee协调器通过串口将数据汇集到上位机中，从而实现数据的实时监测。本系统的完成有助于改变传统人工的收集数据方式，实现数据的实时收集，适用环境监测，智

2、能家居，工业监测等领域。关键词：ZigBee；CC2430；DS18B20；无线传感网络；温度监测中图分类号：TP368.2文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）15-3545-051概述8近年来，得益于无线通信技术、计算机技术和传感器技术的不断进步，无线传感器网络已从理论研究逐渐步入生产应用。环境数据的实时采集是无线传感器网络在环境监测领域应用中实现的一个重要功能。由于，环境温度数据指标对于能源消耗、设备安全、生物生命体征、生活舒适度等方面均是较重要的参考指标，因此设计一种低成本、可靠高效的温度采集

3、系统对于工农业生产效率的提高与社会生活环境的改善具有一定的辅助作用。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，扩展性和可移植性不高[6]。文献[5]中使用的是基于WiFi的温度监测的方法，但WiFi技术功耗较高，影响了温度检测网络的使用寿命。ZigBee[1]作为一种新兴的短距离无线通信网络技术，凭借其低成本、低功耗的优势，成为无线传感器网络中主要的通信协议之一。该文设计并实现了一个基于CC2430的ZigBee无线温度监测网络。该网络通过ZigBee协议栈将多个节点设备组建成星型网络，将各个节点的

4、采集的温度数据实时发送到协调器并又协调器在汇聚到上位机中，从而实现温度数据的实时采集。2系统设计方案2.1系统概要设计无线温度检测系统组建成星型网络，由各个温度采集的终端设备和协调器以及其所连接的上位机组成。协调器负责整个网络的启动和配置，并且在这些工作完成后，协调器工作就像一个路由器或者不再起作用。而终端设备主要负责采集数据，并将数据传送给协调器，随后传给上位机。系统架构如图1所示。2.2温度传感器选择与设计8DS18B20[3]是美国Dallas公司推出的新型数字温度传感器，其具有低功耗、微型化、抗干扰性强、高性

5、能等优点，且采用单接线口方式。数字温度计提供9位温度读数，指示器件的温度。DS18B20的信息的送入或送出要经过单线接口，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条（和地）。因为其只有一根信号线，因此对信号线的正常操作必须要靠严格的操作协议来保证。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据本身提供，而不需要外部电源。因为每个DS18B20有唯一的系列号，因此多个DS18B20可以存在同一条总线上[7]。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。DS18B20处理时首先初始化DS18B20，即发送复位脉冲指令操作。对RO

6、M的操作，因为一个节点只连接一个DS18B20，所以直接跳过ROM操作。最后对RAM操作，先启动温度转换命令0X44，再发送读取存储器的命令0XBE，使其将RAM中存储的数据从DQ引脚上传送处来。2.3系统芯片选择与设计CC2430[2]是一颗真正的系统芯片CMOS解决方案。这种解决方案能充分满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM波段应用的低成本、低功耗的要求并且能为其提高性能。其具有高性能、低功耗的8051兼容微控制器，最高128KB非易失性程序存储器和2×4KB数据存储器，硬件AES（AdvancedEnc

7、ryption8Standard，高级加密标准）加密/解密，外围设备特性，低功耗，IEEE802.15.4MAC硬件支持，集成2.4GHzDSSS（Direct-SequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频）数字射频的特性。3系统设计3.1协调器设计在本协调器中，在系统加电，初始化ZigBee协议栈后，协调器启动并唤醒网络。然后进行ZigBee网络的配置。如果有节点请求加入，则先在网络中加入节点并赋予其网络编号。最后，发送相关的数据。3.2终端节点设计终端节点上电后，首先做的也是对系统的初始化。此时，终

8、端节点可以发现网络，并可加入网络（已加入网络的也可退出网络），对协调器的信息响应，并由此处理温度传感器，接收数据并将其返送给协调器。终端节点工作流程如图4所示。在终端节点中，上电、初始化后，终端节点向协调器请求加入网络。若成功，则判断与协调器正常通信，若正常则收集温度传感器数据并将其发送到协调器。单线总线上的所有操作都是从初始化序列开始进行。初