基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的溫度測量

胡怡

摘 要：在環(huán)境中溫度是一項重要的指標，與人們的日常生活、生產(chǎn)以及工作有著密切的關系，在各種類型的環(huán)境中，方便、快捷以及精準的對溫度變化進行檢測，并且快速的做出反應是非常重要的。同時近些年來，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的應用具備復雜度低、功能消耗低以及數(shù)據(jù)速率低等特點，主要適用于自動化控制和遠程控制，能夠嵌入各種設備，還具有地理定位功能。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器網(wǎng)絡;溫度測量

一、ZigBee原理

根據(jù)IEEE 802.15.4的相關標準的ZigBee無線網(wǎng)絡技術，可以將工作分成3個頻段，包括：68 MHz，915 MHz及2.4 GHz，數(shù)據(jù)速率最高可以達到250 Kb/s。同時網(wǎng)絡拓撲可以分成星形拓撲、簇狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲，其中簇狀和網(wǎng)狀拓撲都可以由一個主控節(jié)點和很多個路由、終端節(jié)點組成，確保多跳數(shù)據(jù)通信得到實現(xiàn)，因為覆蓋的范圍不斷增加，路由也可以根據(jù)具體情況進行動態(tài)調(diào)整，因此在溫度測量系統(tǒng)中應用ZigBee傳感器網(wǎng)絡可以很大程度的提高系統(tǒng)的靈活性和適用范圍，對有效溫度測量系統(tǒng)存在的不足之處進行彌補。

二、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡溫度測量系統(tǒng)組成與工作原理

圖中單片機MSP430F149是從溫度傳感器中得到的溫度數(shù)據(jù)，并且通過RS 232串口將數(shù)據(jù)傳送給ZigBee RFD模塊，并且將模塊轉(zhuǎn)化成ZigBee通信協(xié)議包，再傳輸給ZigBee FFD模塊。與此同時這一模塊采用多跳的通信方式將數(shù)據(jù)包傳輸給協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)包之后先可以按照原路返回進行數(shù)據(jù)信息的確認和接收，最后促使其來到數(shù)據(jù)ZigBee RFD模塊，對握手通信進行實現(xiàn)，也能更加完整的完成ZigBee通信。

溫度采集傳輸系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖

（一）控制模塊

關于控制模塊，其的重點就是以MSP430單片機為主，是一種能源消耗比較低的控制器，是16為RISC CPU的內(nèi)核，也是16為總線結(jié)構(gòu)，每一個外部周圍的儀器構(gòu)件都可以對事件驅(qū)動型的操作進行支持。同時與一些其他方面的微控制器相比較，帶片狀的FLASH微控制器能夠大大降低系統(tǒng)能源消耗，將其降低到原來功能消耗的1/5，還可以大大減小硬件線路板的空間。

（二）無線收發(fā)模塊

該模塊的主芯片主要是采用TI-Chipcon公司生產(chǎn)出來的CC2420射頻芯片，能夠很好的適應ZigBee產(chǎn)品，這一芯片只需要采用很少的外部周圍的元件，性能非常穩(wěn)定，功能消耗非常低，具備完全集成的壓控振蕩器，并且需要采用的天線、16MHz晶振等很少，其外圍電路只能夠在2.4 GHz頻段上開展工作，也可以對很短距離通信的有效性和可靠性進行確保。此外支持數(shù)據(jù)的傳輸率最高可達到250 Kb/s，也可以對多點與多點之間的網(wǎng)絡進行很快組合。

（三）路由協(xié)議

要想確保數(shù)據(jù)的可靠性，在傳輸?shù)倪^程中應該采用多條路徑由協(xié)議，這一協(xié)議是動態(tài)源路，主要是通過DSR擴展開來的，在使用DSR的時候是由發(fā)送端對路由進行確定，而不是由每一個節(jié)點對下一跳路由進行確定，這樣實施好處非常顯著，就是在重點節(jié)點位置不需要對路由信息進行保存。此外DSR是在響應基礎上開展的，不需要周期的對任何信息進行發(fā)送。

三、實驗分析

該實驗是在兩個樓層之間布置很多個房間，這是在ZigBee技術的基礎上對無線溫度采集系統(tǒng)實驗裝置進行實現(xiàn)，每一個房間都要放1個ZigBee模塊，協(xié)調(diào)節(jié)點是必須具備的。同時在其他位置應該根據(jù)路由功能的需要與否進行設置，可以進行路由器放置或者終點節(jié)點，還要為其他節(jié)點路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點配置，這就是路由器節(jié)點，而其他節(jié)點則需要配置終端節(jié)點，這樣所有的節(jié)點就會組合成一個ZigBee網(wǎng)絡，每一樓層有一個協(xié)調(diào)器，數(shù)據(jù)最終傳送到PC監(jiān)控主機，實時的監(jiān)督控制每一個方面，并且對超出溫度部分的點進行報警，該系統(tǒng)具備很高的可靠性，很低的設計成本，很快的響應速度，促使短距離無線通信技術中的作用得到最大發(fā)揮。

四、結(jié)語

綜上所述，基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡的溫度測量能夠?qū)ο到y(tǒng)存在的不足之處進行有效避免，對數(shù)據(jù)進行不間斷的采集。測溫系統(tǒng)中的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡作為信息交換和處理的通用平臺，如果對不相同類型的傳感器測量系統(tǒng)進行配置，具有很高的可擴展性，因此在今后的實施中相信會有很多的ZigBee裝置進入到人們的日常生活中，且物聯(lián)網(wǎng)隨處可見。

參考文獻：

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[2]王小強，歐陽駿，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡設計與實現(xiàn)[M].化學工業(yè)出版社，2016（05）：23-24.

基金：西安鐵路職業(yè)技術學院2017年度立項課題（XTZY17G03）