基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度測(cè)量

胡怡

摘 要：在環(huán)境中溫度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，與人們的日常生活、生產(chǎn)以及工作有著密切的關(guān)系，在各種類型的環(huán)境中，方便、快捷以及精準(zhǔn)的對(duì)溫度變化進(jìn)行檢測(cè)，并且快速的做出反應(yīng)是非常重要的。同時(shí)近些年來(lái)，ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具備復(fù)雜度低、功能消耗低以及數(shù)據(jù)速率低等特點(diǎn)，主要適用于自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程控制，能夠嵌入各種設(shè)備，還具有地理定位功能。

關(guān)鍵詞：ZigBee;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);溫度測(cè)量

一、ZigBee原理

根據(jù)IEEE 802.15.4的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將工作分成3個(gè)頻段，包括：68 MHz，915 MHz及2.4 GHz，數(shù)據(jù)速率最高可以達(dá)到250 Kb/s。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢苑殖尚切瓮負(fù)?、簇狀拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)?，其中簇狀和網(wǎng)狀拓?fù)涠伎梢杂梢粋€(gè)主控節(jié)點(diǎn)和很多個(gè)路由、終端節(jié)點(diǎn)組成，確保多跳數(shù)據(jù)通信得到實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦采w的范圍不斷增加，路由也可以根據(jù)具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，因此在溫度測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)可以很大程度的提高系統(tǒng)的靈活性和適用范圍，對(duì)有效溫度測(cè)量系統(tǒng)存在的不足之處進(jìn)行彌補(bǔ)。

二、ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度測(cè)量系統(tǒng)組成與工作原理

圖中單片機(jī)MSP430F149是從溫度傳感器中得到的溫度數(shù)據(jù)，并且通過(guò)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(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)信息的確認(rèn)和接收，最后促使其來(lái)到數(shù)據(jù)ZigBee RFD模塊，對(duì)握手通信進(jìn)行實(shí)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(guān)于控制模塊，其的重點(diǎn)就是以MSP430單片機(jī)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(gè)外部周圍的儀器構(gòu)件都可以對(duì)事件驅(qū)動(dòng)型的操作進(jìn)行支持。同時(shí)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(lái)功能消耗的1/5，還可以大大減小硬件線路板的空間。

（二）無(wú)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(lái)的CC2420射頻芯片，能夠很好的適應(yīng)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(kāi)展工作，也可以對(duì)很短距離通信的有效性和可靠性進(jìn)行確保。此外支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸率最高可達(dá)到250 Kb/s，也可以對(duì)多點(diǎn)與多點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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^(guò)程中應(yīng)該采用多條路徑由協(xié)議，這一協(xié)議是動(dòng)態(tài)源路，主要是通過(guò)DSR擴(kuò)展開(kāi)來(lái)的，在使用DSR的時(shí)候是由發(fā)送端對(duì)路由進(jìn)行確定，而不是由每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)下一跳路由進(jìn)行確定，這樣實(shí)施好處非常顯著，就是在重點(diǎn)節(jié)點(diǎn)位置不需要對(duì)路由信息進(jìn)行保存。此外DSR是在響應(yīng)基礎(chǔ)上開(kāi)展的，不需要周期的對(duì)任何信息進(jìn)行發(fā)送。

三、實(shí)驗(yàn)分析

該實(shí)驗(yàn)是在兩個(gè)樓層之間布置很多個(gè)房間，這是在ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)房間都要放1個(gè)ZigBee模塊，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)是必須具備的。同時(shí)在其他位置應(yīng)該根據(jù)路由功能的需要與否進(jìn)行設(shè)置，可以進(jìn)行路由器放置或者終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，還要為其他節(jié)點(diǎn)路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)配置，這就是路由器節(jié)點(diǎn)，而其他節(jié)點(diǎn)則需要配置終端節(jié)點(diǎn)，這樣所有的節(jié)點(diǎn)就會(huì)組合成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，每一樓層有一個(gè)協(xié)調(diào)器，數(shù)據(jù)最終傳送到PC監(jiān)控主機(jī)，實(shí)時(shí)的監(jiān)督控制每一個(gè)方面，并且對(duì)超出溫度部分的點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警，該系統(tǒng)具備很高的可靠性，很低的設(shè)計(jì)成本，很快的響應(yīng)速度，促使短距離無(wú)線通信技術(shù)中的作用得到最大發(fā)揮。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度測(cè)量能夠?qū)ο到y(tǒng)存在的不足之處進(jìn)行有效避免，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷的采集。測(cè)溫系統(tǒng)中的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為信息交換和處理的通用平臺(tái)，如果對(duì)不相同類型的傳感器測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行配置，具有很高的可擴(kuò)展性，因此在今后的實(shí)施中相信會(huì)有很多的ZigBee裝置進(jìn)入到人們的日常生活中，且物聯(lián)網(wǎng)隨處可見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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基金：西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年度立項(xiàng)課題（XTZY17G03）