基于ZigBee的無線溫度監控系統的設計

摘要：文章使甩ZigBee無線數傳模塊DRF1605作為數據通信的核心模塊，設計了一個小型的溫度監控系統，可以遠程與溫度節點建立聯系，設定溫度和讀取溫度，實現了溫度信號的檢測與控制。設計方法簡單快速、使用界面友好，通過分置在多個地點的ZigBee溫度采集模塊，可以方便地實現多點分布式溫度信號的采集。
關鍵詞：無線數傳；ZigBee模塊；溫度監控

0 前言
ZigBee協議是基于IEEE802．15．4標準的低功耗、短距離的無線通信個域網協議，與傳統無線通信技術(如藍牙、紅外、寬帶衛星、3G、WLAN)相比，具有距離短、復雜度低、自組網功能、低功耗、低成本等優點，適用于自動及遠程控制領域。而ZigBee模塊具有高度集成化的特點，可以輕松嵌入各種便攜式設備，使用戶無需考慮模塊的運行原理，只需要將自己的數據通過標準傳輸方式發送至模塊中，模塊便可依據預先配置好的網絡結構，與網絡中的目的節點進行雙向通信。本設計使用ZigBee無線數傳模塊DRF1605搭建了一個基于MESH網絡的小型溫度監控系統，實現主機上位機程序和終端節點間溫度信號與控制信號的雙向通訊。

1 系統結構
設計使用ZigBee無線數傳模塊DRF1605作為數據通信的核心模塊，可以遠程與溫度節點建立聯系，設定和讀取溫度，實現溫度的檢測和控制。系統包含3個模塊：PC機端的上位機監控模塊、ZigBee無線數傳模塊、AVR單片機控制模塊。處于監測點的AVR單片機控制模塊對溫度傳感器DS18B20采集的溫度數據進行處理，通過UART的方式發送給ZigBee終端節點模塊，由ZigBee中心節點模塊接收，并通過RS232端口返回至PC機端的用戶界面。用戶在用戶界面可以獲取監測點的當前溫度并設定監測點的預設溫度，AVR單片機控制模塊依據用戶UI設定的預設溫度與當前監測點溫度的對比實現溫度信號的監控。系統架構如圖1所示。

2 ZigBee數據傳輸模塊
ZigBee無線數傳模塊采用DTK廠家開發的完整功能模塊DRF1605，附帶RS232的總線接口板。DRF1605基于TI公司CC2530F256芯片，滿足ZigBee2007／PRO協議的全部特點，且CC2530F256芯片出廠時已自帶IEEE地址，用戶無需另行購買IEEE地址(MAC地址)，IEEE地址可作為Zig Bee模塊的標識。DRF1605結構框圖如圖2所示。

一個完整的ZigBee MESH網絡包含3種節點：中心節點、路由節點和終端采集節點，相鄰節點之間支持75M距離傳輸。在短距通信中，可以不使用路由器節點。本設計中的ZigBee數據傳輸采用兩種節點：協調(Coordinator)節點和終端(Route)節點。其中，協調節點為中心節點，與PC機相連，負責發送PC機數據和接收來自溫度采集模塊的信息；終端節點與單片機相連，負責發送溫度采集模塊的信息和接收PC機數據。2個模塊可以實現上電自動組網，Coordinator節點自動給所有的節點分配地址，不需要用戶手動分配地址，具有斷電自動保護等優點，而且極易拓展，由于終端節點的設備配置方式基本一致，因此可以依據現有的終端節點迅速實現節點拓展，新加入的節點將異步完成網絡加入和重構，且當節點出現故障時，ZigBee模塊可以迅速重新架構網絡，保證數據網絡的正常通訊。
DRF1605可以形象的理解為“無線的RS232連接”，簡單易用，不用考慮ZigBee協議，串口數據透明傳輸。有兩種數據傳輸方式：Coordi nator節點從串口接收到的數據會自動發送給所有的節點，終端節點從串口接收到的數據，會自動發送給Coordinator節點；也可以通過串口在任意節點間進行數據傳輸，數據傳輸的格式為：0xFD(數據傳輸命令)+0x0A(數據長度)+0x73 0x79(目標地址)+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0X10(數據，共0x0A字節)。