基于ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)

張苑　秦敏

摘 要：目前，在工業(yè)現(xiàn)場的具體溫度測量中，因測量方法的不足以及溫度采集系統(tǒng)的諸多問題對工業(yè)生產(chǎn)造成了一定程度的影響，對此，我們基于基于ZigBee技術(shù)設(shè)計了一種新型的無線溫度采集系統(tǒng)和方案，本文對該采集系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；無線溫度采集；系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.131

溫度的正確采集在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中起著非常重要的作用。據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，現(xiàn)存的溫度數(shù)據(jù)的采集方式多為人共采集或有線采集，這些方法消耗大，所需要的財力較多，且在傳輸過程中容易受到外來因素的影響，同時它們在高溫高壓環(huán)境下有很大的局限性。它們的這些缺點和局限性會因線路問題和使用年限的影響而受到嚴(yán)重阻礙。對此，我們設(shè)計研發(fā)了一種基于ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)，現(xiàn)將研究結(jié)果匯報如下：

1 ZigBee技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容概述

ZigBee是指IEEE 無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的一項標(biāo)準(zhǔn). 它是一種新興的具有短距離、 低速率等特點的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其技術(shù)程度介于無線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)與藍(lán)牙之間。ZigBee定義了兩種物理設(shè)備：精簡功能設(shè)備和全功能設(shè)備。在一個ZigBee的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中，會有一個全功能設(shè)備充當(dāng)協(xié)調(diào)器的角色，它除了直接參與到整個網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用之中之外，還要完成一些諸如成員身份管理和信息管理等額外任務(wù)。在數(shù)據(jù)的采集過程中，我們根據(jù)不同的需要組件網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是在實驗室條件下，我們只能選擇星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，典型的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)為不同的終端節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點，最終匯聚到PC機(jī)上，之后數(shù)據(jù)管理中心對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

2 ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在無線溫度采集系統(tǒng)的實際工作中，考慮到其系統(tǒng)自身以及工作環(huán)境的影響，我們應(yīng)當(dāng)在設(shè)計過程中充分重視低功耗和抗干擾性問題。

先前，由于受到工作環(huán)境的影響，終端節(jié)點通常采用的供電方式是普通電池，所以低功耗成了迫切需要解決的問題，因此，我們采用nanoWattXLP 技術(shù)的控制器 PIC18F4620 以及超低功耗無線收發(fā)器 CC2420 ，傳感器 DS18B20 可以利用數(shù)據(jù)線供電，其最突出的優(yōu)點就是無需外接電源。此外，我們將系統(tǒng)不需要進(jìn)行正常工作的時間設(shè)置為休眠狀態(tài)，以減少不必要的功率消耗。為了解決工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境噪聲的影響，我們可以在電源接入端安裝電容用以消除噪聲給系統(tǒng)帶來的影響。

在該系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程中，我們遵循終端節(jié)點設(shè)計——協(xié)調(diào)器節(jié)點的設(shè)計——管理節(jié)點的設(shè)計思路。終端節(jié)點由于其自身特點和無法用線路進(jìn)行充電的性質(zhì)，一旦安置好終端節(jié)點，便不能任意改動其位置，其微控制器、溫度傳感器、無線收發(fā)器和電源模塊的相關(guān)選擇和設(shè)計要嚴(yán)格遵從相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。協(xié)調(diào)點的主要作用是向管理節(jié)點傳輸其所收集到的數(shù)據(jù)，因而其在設(shè)置上多了一個通信接口以便傳輸數(shù)據(jù)，它和終端節(jié)點的不同在于軟件程序的設(shè)置過程之中。管理節(jié)點的作用是收集信息數(shù)據(jù)并將其進(jìn)行分析處理，進(jìn)而達(dá)到控制工業(yè)現(xiàn)場的溫度的目的，在其與協(xié)調(diào)器的傳輸之間安裝比較常見的RS232串行口，以實現(xiàn)二者的有效通信和數(shù)據(jù)傳輸。

3 ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計

（1）組網(wǎng)的程序設(shè)計過程中，協(xié)調(diào)器節(jié)點在完成網(wǎng)絡(luò)生成并加入到管理過程之中后，可以對各個終端節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集，并借助一定的計算機(jī)工具顯示到減速機(jī)屏幕上以供參考和記錄。

（2）在對終端節(jié)點進(jìn)行程序設(shè)計時，首先查找可以使用的有效網(wǎng)絡(luò)并加入；其次，手機(jī)溫度數(shù)據(jù)，并借助工具顯示到計算機(jī)上；將收集到的溫度值傳送給協(xié)調(diào)器節(jié)點。具體操作可以參照DS18B20的工作流程圖，具體如下所示：

START→DS1820 Init（）→TX SKIP_cmd（）→TX Convert_cmd（）→WAIT→ALSO DS18B20 Init（）→ALSO TX Skip_cmd（）→TX Receive_cmd（）→display（）→End→→→Start

4 小結(jié)

基于ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)能夠有效的解決因傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式因線路、使用時間帶來的成本高、操作復(fù)雜等問題，給工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活帶來了重要的便捷因素。總結(jié)起來，該系統(tǒng)具有消耗的財力物力少、操作簡便、使用可靠等優(yōu)點，因此，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中使用基于ZigBee技術(shù)的無線溫度采集系統(tǒng)是非常可行的，值得在實踐中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

另外，該系統(tǒng)還有需要注意的兩個問題，一是由于該系統(tǒng)的多實用型，其本身還適用于濕度、壓力等因素的數(shù)據(jù)采集和分析處理；二是該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性還有待于進(jìn)一步提高，經(jīng)相關(guān)驗證，在理論上是可以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的，這也是今后的研究要點。

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作者簡介：張苑（1990-），女，河北保定人，研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè) 。