基于ZigBee的無線溫濕度監控系統設計

袁思捷 鄒云峰

摘 要：本設計利用ZigBee協議構建一個無線傳感器網絡系統。傳感器節點采集各位置的溫濕度數值，通過ZigBee協議經無線網絡傳輸到上位機，上位機可以實時顯示各傳感器節點的溫濕度值，并根據各監控點不同的溫濕度要求設置不同的溫濕度報警值。

關鍵詞：ZigBee 無線溫度監控 系統設計

中圖分類號：TP274.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0022-02

隨著計算機技術、信息技術以及無線移動通信技術的迅速發展，各種新的無線網絡通信技術不斷涌現，如2G、3G、4G等移動通信技術以及Bluetooth、Z-wave、WiFi、RFID、ZigBee等無線短距離通信技術，它們越來越被人們所熟悉和應用。然而，這些無線通信技術的設備系統復雜度不同，功耗差異較大、成本差異較大，它們有各自的使用領域。在數據采集系統、智能家居等領域ZigBee是最好的選擇。其中ZigBee作為一種低復雜度、低功耗、低成本的低速率無線連接技術越來越被人們所重視，應用ZigBee技術的無線設備已成為業界的一個熱點。本文設計一種基于ZigBee的溫濕度監控系統，利用CC2530通信模塊組建無線個域網絡，并實現了數據的傳輸與保存。

1 基于ZigBee的無線溫濕度監控系統方案設計

無線網絡有多種，比如藍牙、WiFi。但是用藍牙或WiFi用于溫濕度監控系統中傳輸數據缺點非常明顯，若用藍牙4.0組網節點數非常有限不能超過15個節點，沒有網絡自愈功能。若用WiFi組網能力差、功耗高、安全性低。本設計用ZigBee構建樹形拓撲結構無線個域網，其優勢在于功耗低，自組網能力強，抗干擾能力比藍牙強。ZigBee網絡節點硬件的核心是微處理器。微處理器模塊在無線收發模塊的協作下完成ZigBee網絡的建立與維護，數據采集與處理。本設計采用TI公司的最新的CC2530f256芯片，它集微處理器模塊和無線收發模塊于一體。系統結構框圖如圖1所示。

2 監控系統的硬件部分

系統由協調器、路由器、終端和上位機組成。其中協調器由無線收發模塊CC2530、電源、CH340轉換電路組成。其作用是建立無線個域網，匯聚終端收集的溫濕度數據，通過CH340轉換電路與上位機進行串口通信。路由器由無線收發模塊CC2530、電源組成，其作用是為數據傳輸提供多跳，提高數據的傳輸距離。終端由無線收發模塊CC2530、電源、DHT11溫濕度傳感器組成，負責數據的采集。上位機實時顯示來自串口的數據和監控節點的運行情況。

3 軟件部分

首先初始化整個系統，啟動協調器建立一個個域網，然后路由節點和傳感器節點尋找并加入網絡，協調器即可與終端節點進行綁定。綁定完成后傳感器節點即可采集數據并發送數據，協調器節點負責接收數據，并通過CH340傳至PC顯示。

協調器是整個個域網的核心，協調器負責創建和維護整個網絡，為每個加入網絡的設備分配一個網絡地址。協調器啟動時其網絡地址自動設置為0×0000，所以路由和終端要跟協調器通信時設置其目標地址為0×0000即可。

路由器的編程較協調器和終端的編程簡單，設置啟動類型后負責轉發協調器與終端的數據只起中繼的作用。當然路由的PANID和選擇的信道必須與協調器保持一致這樣才能加入網絡進行通信。主要程序如下。

uint16 GenericApp_ProcessEvent（ uint8 task_id， uint16 events ）//事件處理函數，當路由器成功加入網絡后調用aps_AddGroup（）函數加到組中。

終端負責采集溫濕度發送給路由或協調器。因此終端節點的軟件設計除了本身的終端節點的功能外還要設計溫濕度采集部分。其信道選擇需跟協調器保持一致否則無法進行通信。

在PC端用VB6.0編寫兩個上位機程序，一個是服務器上位機程序，另一個是客戶端上位機程序，兩程序可以在局域網內通過IP地址進行通信。服務器上位機讀取來自串口的數據實時顯示在文本框中并保存起來供過后查看。客戶端與服務器連接成功后接收來自服務器的數據并實時顯示出來，與服務器一樣有數據保存功能。

4 測試結果

打開上位機程序后選擇合適的串口與波特率后打開串口此時我只用了3個終端節點。打開串口后設置報警值實時畫面如圖2所示，報警時指示燈為紅色正常時指示燈為綠色。在客戶端輸入服務器的IP地址連接成功后能接受來自服務器的數據。目前服務器跟客戶端只能在局域網內通信，后期筆者會改進服務器與客戶端實現兩者在以太網進行通信，這樣可以大大提高監控距離。

5 結語

本文介紹了基于ZigBee無線溫濕度監控系統的設計過程，系統分軟件和硬件部分。本設計是以ZigBee無線通信為基礎結合局域網通信實現遠程監控。同時ZigBee組網方便，網絡容量大可以滿足工農業多點監控的需求有廣泛的應用前景。在設計時也考慮了使用的便捷性，充分體現在上位機的友好界面上。當然本設計也存在缺陷不能連接互聯網，數據保存容量有限，這些以后都會進行研究和改善。

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