ZigBee與GPRS的遠程數據采集系統設計

摘要：ZigBee技術雖然先進但網絡覆蓋范圍較小，本文將GPRS廣域無線通信技術引入ZigBee網絡中，構建了一種遠程ZigBee網絡的數據采集與管理系統，并采用直觀方便的嵌入式Web服務器提高管理效率。系統測試結果證明了該系統具有很好的有效性和可靠性。
關鍵詞：ZigBee GPRS；嵌入式Web服務器

引言
ZigBee是一種短距離、低速率無線網絡技術，具有低功耗、低成本、易于組網、高可靠性等優點，在諸多場合有著廣泛應用，但ZigBee僅作為現場數據采集與控制的局域網，覆蓋區域十分有限，難以滿足當前遠距離數據采集與控制的需求。本文所設計的遠程數據采集系統采用ZigBee與GPRS技術實現了遠程的數據采集與控制，并結合嵌入式Web Server與RFID射頻識別方案，實現了通過瀏覽器和射頻識別卡進行關鍵配置數據修改和臨時系統控制，具有較高的安全性與靈活性。另外，現場數據采集端的設備與數據接收／控制端的設備在硬件上具有較高的重復利用度。

1 系統結構設計
整個系統主要由ZigBee節點、GPRS模塊、嵌入式Web Server以及PN532 RFID模塊4個部分構成。其中ZigBee節點采用TI公司的CC2530方案實現，應用于現場的無線組網與數據采集、控制，ZigBee網絡中的終端節點將采集到的數據通過自組織網絡匯集到協調器節點；GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900A模塊、ST公司的STM32 MCU，以及其他必要外圍電路組成，負責將數據轉發至控制終端，建立與固定IP的TCP／UDP連接；嵌入式Web Server采用TI公司的LM3S9D92實現，通過嵌入式Web Server對整個系統進行基本管理、數據顯示，并將ZigBee網絡中協調器節點采集的數據或GPRS模塊輸出的數據雙向轉發；PN532 RFID模塊由LM3S9D92驅動，實現修改、配置系統關鍵信息前的授權認證管理(身份識別)，以保證系統信息不被惡意篡改。整個遠程數據采集系統結構如圖1所示。

2 系統硬件設計
2．1 ZigBee節點
ZigBee網絡節點采用CC2530F256進行設計，工作在2．4 GHz頻段，是符合IEEE 802．15．4規范的SoC解決方案。片內集成高速8051內核，支持ZigBee2007 PRO協議棧；具有2～3．6 V的供電范圍以及良好的電源管理功能，可實現較低的運行功耗。實際電路設計采用核心板與擴展底板結合的方式，核心板引出CC2530最小系統，未使用的GPIO供擴展底板使用，在擴展底板上實現了三線制RS-232串口、指示LED、調試接口，以及其他必備外部應用電路。
2．2 GPRS模塊
GPRS模塊通信部分采用了SIMCOM公司的SIM900A模塊，SIM900A模塊是專門面向中國大陸市場設計的雙頻GSM／GPRS模塊，工作頻段為EGSM 900MHz和DCS 1800 MHz，可以自動地搜尋兩個頻段，內嵌完整TCP／IP協議。徽控制器采用ST公司的STM32F103C8，該芯片具有雙串口和一個硬件SPI接口，十分符合本系統GPRS模塊使用要求，且具有較高的性價比，使用SPI Flash W25X16作為外部掉電存儲器記錄GPRS模塊相關配置信息。