一種Zigbee技術的溫濕度檢測

黃光華 王俊淵

摘 要 本文利用ZigBee協議建立一個簡易的ZigBee網絡，實現兩點之間無線傳輸，DHT11高精度數字傳感器對溫濕度進行采集，以OLED作為數據圖像顯示。再加上溫濕度超標報警模塊，形成了一個簡單的點對點無線傳輸的實時監控系統。

【關鍵詞】ZigBee協議棧；數字溫濕度傳感器；OLED液晶屏

1 前言

藥品、糧食以及某些食物存放在倉庫中，保存是對其環境的要求嚴格，它們都要求溫濕度在一定的范圍內，這樣才能保證不會出現物品變質。本設計無線通信網絡由ZigBee協議構建，以此傳輸倉庫中數據。ZigBee網絡傳輸速度快，覆蓋范圍廣，構建的節點數目多，成本低，操作簡單，適合各類倉庫檢測。

2 系統方案設計

在本設計采用點對點的方式數據傳輸，一個節點作為從機設備發送信號，另一節點作為主機進行接收。在電源模塊，晶振模塊，RF模塊等一些基礎模塊主要是形成一個有效的無線收發信號系統，因此兩個節點都需要加入這些基本模塊。從機模塊由溫濕度采集模塊采集數據， CC2530主芯片數據處理，再由RF模塊將8字節數據包發送出去。主機數據接收由CC2530構成的核心電路完成，經處理后發送到OLED上顯示。采集到的溫濕度超過超出設定值后啟動報警模塊。

3 系統硬件設計

3.1 Zigbee 最小系統設計

ZigBee最小系統主要是以CC2530芯片為核心，由32.768KHz晶振構成的基準時鐘，以32M晶振設計作為震蕩時鐘，加上RF射頻電路形成一個穩定的無線傳輸系統。電路中電容和電感組成濾波電路防止高頻干擾。

3.2 電源穩壓模塊設計

由于CC2530芯片工作電壓為3.3V，選用一款高效的線性穩壓器AMS1117，可高效地將5V電壓轉換成3.3V輸出。

3.3 溫濕度采集模塊

溫濕度模塊采用數字傳感器DHT11為核心，DHT11傳感器內部包含了一個精密的電阻式測濕度元器件和一個精密NTC測溫度元器件，如圖1。 在外部電路設計上，由于DATA數據引腳采用CMOS漏極開路，本身不具備驅動能力，因此需要上拉一個電阻R3；保證時序的穩定性。

3.4 顯示模塊

顯示模塊主要是采用0.98寸OLED液晶屏作為顯示數據的屏幕，該液晶屏雖然只有0.98寸，但分辨率是128*64，因此可以清晰的顯示出設計的數據；且該液晶屏采用串口輸入數據，大大減少了I/O的使用，如圖2。

3.5 RF射頻模塊

在無線網絡構建中，天線和巴倫配置電路的設計是至關重要，這涉及到射頻信號傳輸能否達到設計標準，對通訊距離、系統作用都有很大的影響。天線的選擇可以是PCB天線這一類，例如倒F形天線，螺旋形天線等。還可以使用SMA接口這一類的長桿形狀天線。根據個人的需求可以選擇而定，這里選擇的是長桿狀天線。巴倫配置電路設計如圖3。

3.6 震蕩電路設計

CC2530核心電路有2個晶振電路，32MHz晶振電路可以為整個系統運行時提供高頻率的時鐘提升運行速度，而32.768KHz晶振電路則是給芯片內部提供一個Base_time，可用于時序的穩定。

4 系統軟件設計

4.1 Z-Stack體系架構及工作流程

Z-Stack協議棧是Zigbee無線通訊協議，它的體系架構如下。

①Z-Stack軟件架構。

在整個程序運行中，首先從main（）主函數開始，在函數中，首先要做的是對整個電路實現初始化，之后進入OSAL操作系統，按照設定事件的順序開始運行整個系統。

②Z-Stack操作系統初始化。

當程序中的基本配置初始化完成后，進入操作系統，開始對系統進行初始化，其中OSAL_Init_System（）包含系統上電啟動后的各個模式的初始化，當初始化完成整個系統才開始進行工作。

③執行操作系統。

當系統正式進入工作后，需要將要執行的事件的ID發送到主機，然后以輪番查詢的方式進行事件處理，其中SampleApp_ProcessEvent（）函數是主要的事件處理函數，將一個個的事件按照taskevent[id]這個序列號的順序進行處理。

4.2 網絡通信過程

當終端模塊上電后查詢到周圍存在ZigBee的協調器時，將自動與之組網，兩端都確定了ID后，終端將向協調器連續發送數據，直到復位，或者一方斷電才停止，實現節點初始化，協調器建網，終端設備入網。

4.3 溫濕度測量和數據傳輸

溫濕度采集程序在主要是根據DHT11的時序進行設置處理，最后取出數據進行處理，提取出所需要的溫濕度數據后，將數據發送到終端顯示，再有終端發送到協調器，從而實現了數據的提取到無線傳輸的一個過程。

5 測試結果

溫濕度的測量在相對密閉的環境測量，因此受到外部的干擾比較小，下表為測量結果的對照表。

6 結束語

本文主要介紹通過ZigBee無線傳輸技術實現遙控方式采集和處理溫濕度數據，它的優點主要是實際消耗的能量非常低，對構建的拓撲網絡中的端點具有高容量，信號傳輸延時短，所在的傳輸頻段免執照等。

參考文獻

[1]劉慧，王鳴.基于CC2530的溫度監測系統設計[J].工業控制計算機，2012

[2]蔣佳君.淺談ZigBee技術.wenku.baidu.com，2007（05）.

[3]王鋒.FS_ZigBee協議棧實驗指導書[Z].鋒碩電子科技有限公司，2010.

作者單位

贛南師范大學科技學院 江西省贛州市 341000