基于ZigBee技術的景觀噴泉遠程控制的方案設計

【摘要】介紹了一種基于ZigBee技術的遠程景觀噴泉控制系統的設計實現。采用軟、硬件相結合的方式，利用ZigBee無線傳輸技術，實現了可自由設置定期、定時開關噴泉及其配套燈光，對基于IEEE802.15.4的ZigBee的傳輸協議進行了探討，并對景觀噴泉的設計進行了詳細的介紹。

ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數據速率下的各種電子設備之間的無線通信技術。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通信方式，ZigBee標準基于802.15.4協議棧而建立，具備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、網狀結構和簇狀結構，并且系統節點具有多路路由功能，特別是能夠組成蜂窩網狀網絡結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。

一、系統設計

本系統所實現的傳感器基于ZigBee星狀拓撲，節點分為傳感節點、匯聚節點和管理節點。傳感節點由ZigBee終端節點和單片機構成；匯聚節點由ZigBee協調器充當；管理器節點由一臺PC機充當。傳感節點負責采集數據及轉發其子節點的數據；匯聚節點負責發出各種命令并通過RS232接口與管理節點的通信；管理節點提供圖形化的操作環境，負責接收用戶的需求以及數據的顯示。

每個噴泉作為一個節點，噴泉之間采用星型結構連接，有其中一個節點作為ZigBee路由器，負責與單片機控制系統的連接和數據中繼轉發。可以通過改變時序或控制開關實現控制方式的改變，已達到可顯現各種復合噴水狀態的要求。同時噴泉的設計可以多種多樣，本文介紹為一種景觀噴泉造型。

基于ZigBee技術的景觀噴泉遠程控制系統中使用了無線射頻ZigBee模塊，該模塊功耗低，抗干擾能力強，且使用ISM2.4G頻段，頻率無需申請，無線網絡使用是免費。

二、硬件設計

系統硬件采用模塊化的設計，主要包括PC控制模塊、ZigBee通信模塊、數據采集模塊、單片機控制模塊。ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡連接外部Internet網絡，完成數據的封裝與傳輸；數據采集模塊采集各種傳感器輸出的電信號；單片機控制模塊控制數據的接收、發送。以及采集數據的處理等等。

2.1MAC與ZigBee模塊的通信

無線傳感器，采用微波段2.4Hz。可實現遠距離（0～1000米）傳送給讀寫器，讀寫器同樣在連接電腦，讀寫器與電腦的連接方式有很多種，分別有RS232、485（485可以選配MODBUS總線或CAN總線等）、TCP/IP、GPRS等等。

2.2PC控制模塊

PC將接受到的信息通過調整或轉換，成計算機可識別的數字信號，存儲并加以分析。PC同時控制單片機控制電路，并將指令傳送給單片機，單片機再控制執行單元，諸如電磁閥、電機等單元。

2.3單片機控制模塊

選用宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機為系統控制核心，STC12C5A08PWM單片機是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，看門狗，2路PWM，針對電機控制，超強抗干擾。片內有8KB Flash ROM，1280B RAM，支持ISP。

三、軟件設計

為保證系統時鐘的準確性，采用定時器0，工作于自動重裝初值的模式2下，產生250us定時中斷。設置一天內噴泉的定時開、關的時間點，也可設置長期關閉日期（如學校假期）。由PC控制端輸入，并在RAM中保存，供控制系統查詢。

噴泉的變化形態可以有很多種不同設計的方案，本系統采用的時間輪轉的方式，為保證系統的穩定運行啟動了單片機內部看門狗。

四、結語

本系統采用星型拓撲和需求時喚醒ZigBee模塊的通信方式，有效地降低了每個ZigBee傳感節點的功耗，減少了傳感節點向匯報節點上報數據時相互碰撞的概率；利用ZigBee網絡傳輸節點的數據，改變了傳統無線傳感器網絡需要依托有線公共網絡進行數據傳輸的限制。ZigBee技術與景觀噴泉的結合有著廣泛的市場前景。

參考文獻

[1]王妍瑋，于惠力，劉剛. PLC應用于噴泉控制系統的方案設計[J].設計與計算，2010，（9）：20-21.

[2]莫建麟，饒懷章. PLC.基于單片機的時間控制型景觀噴泉設計[J].大眾科技，2009，（6）：20-21.

[3]張毅剛，彭喜元，彭宇. PLC.單片機原理及應用[J].北京：高等教育出版社，2010.5