基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)

陳星宇

（廣西計量檢測研究院，南寧 530000）

1 Zigbee技術(shù)相關(guān)概述

1.1 Zigbee技術(shù)的定義

Zigbee技術(shù)是一種新型的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，并以IEE80211514無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)[1]。其中，Zigbee協(xié)議內(nèi)也涉及到網(wǎng)絡(luò)、安全以及應(yīng)用方面的軟件內(nèi)容。隨著社會經(jīng)濟與科技水平的穩(wěn)定增長，Zigbee技術(shù)以其自身所具有短距離、結(jié)構(gòu)剪短、低能耗、低數(shù)據(jù)傳輸率以及低成本等特征被廣泛應(yīng)用在了工農(nóng)業(yè)的實際生產(chǎn)經(jīng)營活動中，并在設(shè)計智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)的方面發(fā)揮出了積極的作用。

1.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)

在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中，具有全功能設(shè)備以及簡化功能設(shè)備兩種，其中全功能設(shè)備被當(dāng)做協(xié)調(diào)器使用。全功能設(shè)備是具有路由與中繼功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可與簡化功能設(shè)備的節(jié)點通信進行協(xié)同運行；而簡化功能設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點，相互之間無法進行直接的通訊，僅能夠通過全功能設(shè)備節(jié)點作為發(fā)送和接收信息，并不具備路由與中繼功能。因此從一定角度上來說，全功能設(shè)備與簡化功能設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)完全相同，但其網(wǎng)絡(luò)層次存在著明顯的差異性，其中，協(xié)調(diào)設(shè)備是Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的組織者，并肩負起重要的網(wǎng)絡(luò)組建及路由職責(zé)。

Zigbee網(wǎng)絡(luò)支持星型網(wǎng)、集群樹狀網(wǎng)以及網(wǎng)狀網(wǎng)等多種拓撲結(jié)構(gòu)，其中星狀網(wǎng)主要是由一個協(xié)調(diào)節(jié)點以及多個網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點組成，并以此實現(xiàn)各個節(jié)點之間的協(xié)調(diào)通信。

2 基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計要求

基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計要求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮其能耗性、覆蓋范圍、傳輸速度以及網(wǎng)絡(luò)通訊等方面[2]；第二，在智能溫濕度測控?zé)o線傳感系統(tǒng)設(shè)計過程中，需通過與GPS網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，將其所采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端中，并以此實現(xiàn)對溫濕度的實時控制。

2.2 智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于Zigbee協(xié)議下智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由Zigbee無線傳感節(jié)點、數(shù)個具有路由功能的無線節(jié)點以及網(wǎng)絡(luò)全功能協(xié)調(diào)裝置組成。其中，無線網(wǎng)關(guān)連接、Zigbee網(wǎng)絡(luò)以及GPS網(wǎng)絡(luò)在智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位，主要負責(zé)無線傳感節(jié)點的控制及協(xié)同管理。不僅如此，在智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)中，溫濕度探測器主要分布于具有檢測需求的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，將所采集到的溫濕度參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罱娜δ茉O(shè)備中，并通過設(shè)備選擇出最近的通訊網(wǎng)絡(luò)路徑，將此些數(shù)據(jù)信息以多跳的方式傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)裝置中，最后由監(jiān)控中心接收，并對這些數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)且全面的分析，以此為溫濕度參數(shù)的調(diào)控提供重要的參考依據(jù)。

3 基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 智能溫濕度測控?zé)o線傳感節(jié)點的模型構(gòu)建

在對智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件進行設(shè)計時，需首要注重對無線傳感節(jié)點的模型構(gòu)建工作。具體而言，無線傳感網(wǎng)路主要由大量與待檢測地點靠近的傳感節(jié)點組成，在不同應(yīng)用中，傳感節(jié)點的組成也具有一定的差異性。其中，無線傳感節(jié)點在模型構(gòu)建期間，也應(yīng)將傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及電源管理模塊納入其中，確保所構(gòu)建起的模型能夠在系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計中發(fā)揮出積極的作用。

3.2 智能溫濕度測控?zé)o線傳感節(jié)點的器件

由于智能溫濕度測控?zé)o線傳感節(jié)點結(jié)構(gòu)具有端節(jié)點與路由功能，不僅能夠滿足對溫濕度參數(shù)數(shù)據(jù)采集與處理，更能夠?qū)?shù)據(jù)進行高效的傳輸。因此為從根本上提升智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)濟效益，現(xiàn)階段相關(guān)設(shè)計人員也應(yīng)結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)營活動中對溫濕度控制的具體要求，對無線傳感節(jié)點的數(shù)量及規(guī)格進行有針對性的選擇，并要求其具有體積小、共功耗低等性能。

圖為 無線傳感節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)

4 基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在基于Zigbee協(xié)議的智能溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程中，溫濕度參數(shù)數(shù)據(jù)的傳輸主要是通過節(jié)點的方式，并將其與GPS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點相連接[3]。而在軟件程序設(shè)計時，主要采用中斷方式完數(shù)據(jù)的接受及發(fā)送，采用開源操作系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)議棧，使其能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)GPS的撥號功能。此外，軟件的設(shè)計還應(yīng)包括PC端的數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，建立起溫濕度的數(shù)據(jù)儲存庫，提升溫濕度的可控性。

5 結(jié)束語

總而言之，由于Zigbee技術(shù)具有低成本及低能耗的優(yōu)勢，因此將其應(yīng)用在智能化溫濕度測控?zé)o線傳感網(wǎng)絡(luò)中，不僅能夠從根本上實現(xiàn)對溫度、濕度控制的實時采集與分析，更能夠在原有基礎(chǔ)上提升無線傳感系統(tǒng)的靈活性，有效控制及轉(zhuǎn)移了傳統(tǒng)現(xiàn)場布線的風(fēng)險性。