ZigBee單片機CC2430在無線溫度測量系統中的應用

許琳+賈振國+張勝寶+楊忠亮+李巖松

摘 要：介紹了具有ZigBee無線通信功能的單片機CC2430的結構和功能，分析了ZigBee網絡的基本結構和實現方法。通過無線溫度監測系統實例，詳細說明了傳感器節點、網絡管理器及測量終端的設計方法。

關鍵詞：ZigBee；單片機；溫度；測量

中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0060-02

Abstract： This paper introduces the structure and function of CC2430 with ZigBee wireless communication function. Analyzes the basic structure and implementation method of ZigBee network. Through the wireless temperature monitoring system examples， descript the sensor nodes， network managers and measurement terminal design methods.

Keywords： ZigBee； single chip microcomputer； temperature

1 CC2430內部結構及引腳

CC2430單片機整合了2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee RF收發機和工業標準的增強型MCS-51單片機內核，是智能化儀器儀表實現短距離無線通信具有較高性價比的首選器件。

CC2430有21個可編程的I/O口，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。通過軟件設定一組SFR寄存器的位和字節，可使這些引腳作為通用的I/O 口或作為連接ADC、計時器或USART部件的外圍設備I/O 口使用。CC2430的內部結構框圖如圖1所示。

2 基于ZigBee的無線溫度測量系統設計

2.1 CC2430無線溫度測量終端設計

無線溫度測量終端由CC2430為核心構成，CC2430實現對測控電路的控制、A/D轉換（或數字溫度傳感器數據讀取）、測量信息處理、電源控制、人機交互和ZigBee無線通信等功能。溫度測量終端的硬件結構框圖如圖2所示。

對于每個無線溫度測量終端應滿足如下要求：

（1）能夠采用熱電阻或熱電偶溫度傳感器測量現場溫度，并能對溫度測量結果進行必要的修正和補償。

（2）能夠通過CC2430的I/O口連接SPI或I2C總線的數

字溫度傳感器，該類傳感器主要用于溫度較低的測點，如DS18B20的測溫范圍為-55℃～+125℃，同時，允許相近溫度測點用DS18B20總線組網。

（3）能夠與相應ZigBee子網的網絡協調器進行無線雙向通信。

（4）對溫度數據能夠進行數據真偽識別、越限檢查、標度變換等預處理，并添加越限等必要標識信息后向協調器傳送。

（5）可以根據需要設置必要的人機接口電路，如液晶顯示器和鍵盤等。

（6）具備看門狗、自動休眠喚醒等安全和節能手段。

（7）采用交流、直流和干電池多種供電方式，以適應不同測溫現場的需求。

2.2 ZigBee網絡結構設計

ZigBee網絡有三種網絡拓撲結構，即星狀、樹狀和網狀網絡結構，如圖3所示。

本系統由一個協調器以及多個路由器和多個終端設備組成。路由器的主要功能是提供接力作用，有效擴展信號的傳輸范圍，路由器在一般情況下都處于活動狀態，不應休眠。

終端設備用來完成具體的溫度檢測等功能，一般可以用電池供電，可以休眠和喚醒，以延長電池使用壽命。

所設計的無線溫度監測系統主要應用于工業園區配電變壓器溫度及主要電纜接頭部位的溫度監測。按照測點所在廠區的位置，可以將整個監測區域劃分為多個基于廠區的ZigBee子網絡。各ZigBee子網間依據位置和相鄰關系采用相同或者不同頻率的信道，以避免信道間的相互干擾和浪費信道頻率資源。ZigBee網關負責對各ZigBee子網絡的管理和配置，ZigBee網關同時接受監控中心計算機的指令上傳數據信息或下達相關配置指令。監控中心計算機和ZigBee網關之間可以采用現場總線或以太網等形式傳輸，也可以采用ZigBee中繼方式將數據遠傳。圖4是系統的網絡結構示意圖。

3 結束語

采用基于ZigBee技術的CC2430單片機構成無線溫度監測系統，具有網絡結構簡單，數據傳輸可靠，抗干擾能力強等特點，通過實驗室調試和局部現場調試試驗表明，基于CC2430構成的測量系統可以滿足各類參數測量和實時控制的需求，是未來測控網絡發展的方向之一。

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