|
1概述 溫濕度監測的應用需求在眾多領(lǐng)域引起了高度關(guān)注，糧庫、溫室大棚、工業(yè)安全監控系統等都需要實(shí)時(shí)地監測環(huán)境溫濕度。在實(shí)際應用中，參數采集點(diǎn)往往具有分布離散、移動(dòng)性強等特點(diǎn)，導致傳統的有線(xiàn)監測布線(xiàn)困難。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和遠程傳輸技術(shù)的發(fā)展，為系統自動(dòng)化在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測提供了實(shí)現途徑�；赯igeBee無(wú)線(xiàn)模塊傳感器網(wǎng)絡(luò )具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單靈活、在線(xiàn)壽命長(cháng)及移動(dòng)性強等優(yōu)點(diǎn);而GPRS技術(shù)是中國移動(dòng)推出的無(wú)線(xiàn)傳輸業(yè)務(wù)，采用分組交換技術(shù)，具有超強的穩定性和可靠性。本次設計正是基十這兩種無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，以CC2530芯片為主體，實(shí)現了區域性傳感器數據采集與遠程數據傳輸。這種將PAN網(wǎng)絡(luò )和GSM公用網(wǎng)絡(luò )相融合的采集方法具有覆蓋范圍大、穩定性強、精度高和應用環(huán)境廣泛的優(yōu)勢。 2 系統結構與工作原理 如圖所示，該監測系統由ZigBee數據采集終端節點(diǎn)、ZigBee數據采集網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)以及ZigBee數據采集移動(dòng)接收終端構成。ZigBee數據采集終端節點(diǎn)是用來(lái)采集傳感器數據，并將采集到的數據通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到協(xié)調節點(diǎn)的一種精簡(jiǎn)功能設備(RFD) 。網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)由ZigBee數傳網(wǎng)絡(luò )的全功能設備(FFD)和GSM模塊TC35i構成，FFD在此又承擔著(zhù)PAN網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調器任務(wù)，所以又叫做協(xié)調節點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)主要功能是ZigBee網(wǎng)絡(luò )和GSM網(wǎng)絡(luò )通信接口之間的轉換。協(xié)調節點(diǎn)將收集到的數據通過(guò)RS232發(fā)送給GSM模塊，從而實(shí)現將無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)的數據匯聚并轉發(fā)到GSM公用網(wǎng)絡(luò );通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )，系統將采集到的溫濕度數據實(shí)時(shí)一地傳輸到遠程監控中心或用戶(hù)移動(dòng)終端。 
3系統硬件設計 3.1 ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊設計 本設計的ZigBee數據采集終端節點(diǎn)和控制節點(diǎn)都是采用CC2530作為主控芯片。CC2530內部集成了符合2. 4G IEEE802.15. 4標準的射頻收發(fā)器，在軟件上添加ZigBee協(xié)議棧之后，可以實(shí)現ZigBee模塊組網(wǎng)。該芯片內置了32M的品體振蕩器、16M和32.768K的RC振蕩器，在不同的應用需求下，可以選擇對應的振蕩器以降低功耗，如在體眠模式下就可以使用32. 768K的RC振蕩器。另外，CC2530還內置了豐富的通信接口，如A/D模數轉換接口、SPI接口及UART通用串行口，能夠滿(mǎn)足目前大部分傳感器接口的應用需求。所以，使用該芯片后，系統的采集功能具有很好的擴展性。
2.2 GSM通信模塊設計 網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的GSM通信采用西門(mén)子公司推出的支持中文短消息的工業(yè)級TC35i模塊，其GPRS模塊永久在線(xiàn)功能提供了最快的數傳速率。其體積小巧、功耗低，能提供數據、短信、語(yǔ)音、傳真等功能，可廣泛用于遙感測量記錄傳輸、遠程信息處理和電話(huà)等。下圖所示，SMS模塊主要包括接口電路、SIM片座電路和串口電路。TC35i電源供電范圍為DC3.3－4.8V。
3.3傳感器模塊設計 3.3.1溫度傳感器電路 本設計選用DS18B20作為溫度傳感器，是一種單總線(xiàn)數據溫度傳感器，測量范圍廣、精度高;通信時(shí)無(wú)需時(shí)鐘線(xiàn)，只需一根通信線(xiàn)，可與CC2530的任一普通IO口實(shí)現通信，本設計采用P1. 1。外圍電路配置非常簡(jiǎn)單，只需1根4. 7kSZ的上拉電阻；1腳和3腳分別接地和電源(5V) ，2腳接數據端口。 3.3.2濕度傳感器電路 采用法國Humirel公司生產(chǎn)的HS1101作為濕度采集傳感器，測量范圍為0%一100% RH，誤差在士2% RH，年漂移量小。HS1101的電容量會(huì )隨著(zhù)空氣濕度的變化而呈同性變化，將HS1101振蕩電路中所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大，再通過(guò)的A/D轉換模塊將輸出的直流電壓轉化為數字量。 4系統軟件設計 系統ZigBee網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現是基于Z-Stack協(xié)議棧的，采集節點(diǎn)的主要任務(wù)就是負責采集傳感器的數據，并且將處理后的采集數據通過(guò)ZigeBee無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送給網(wǎng)絡(luò )協(xié)調節點(diǎn)。采集節點(diǎn)上電后，首先會(huì )進(jìn)行硬件的相關(guān)初始化，包括時(shí)鐘初始化、無(wú)線(xiàn)寄存器初始化及通信接口等外圍模塊的初始化。然后，采集節點(diǎn)會(huì )掃描所有信道，尋找最佳的鄰居協(xié)調者，并請求加入。由于采集節點(diǎn)使用電池方式供電，節點(diǎn)的功耗要保持很低。軟件設計時(shí)，可以采用周期性發(fā)送的機制，節點(diǎn)只有在周期性喚醒時(shí)才會(huì )采集傳感器數據并且開(kāi)啟無(wú)線(xiàn)通信功能，其他時(shí)間均處于眠狀態(tài)。采集節點(diǎn)軟件流程如圖所示。
5結論 采用ZigBee技術(shù)與GPRS技術(shù)相結合的溫濕度智能監測系統具有布置簡(jiǎn)單、成本低、穩定性高等特點(diǎn)，適用于人員不便達到的惡劣環(huán)境。該系統具有良好的擴展性，通過(guò)ZigBee數傳模塊簡(jiǎn)單的二次開(kāi)發(fā)即可實(shí)現多種環(huán)境參數采集。為了減少ZigBee數傳模塊無(wú)線(xiàn)通信的能量損耗和網(wǎng)絡(luò )擁塞，還可以在無(wú)線(xiàn)退避算法和數據融合方面作進(jìn)一步的研究。 |
image003.jpg (13.31 KB)
