基于ZigBee技术的温度监测系统的研究

0 引言
    目前我国北方大部分地区都有温室大棚，而且温室大棚也随着自动化监测技术的进步来到了现代化远程监控的时代，农产品价格的提升使得温室大棚采用进一步的先进技术成为可能，我们在此背景下将ZigBee技术用于温室大棚的温、湿度监测系统的数据采集，使得系统能够实现分布式监测，并且降低了成本，将数据汇总后通过PTR2000远程传送至大棚管理者的电脑上，并通过后台机的智能化软件处理给出管理者实时的数据和及时的建议，从而让蔬菜品质更好，产量更高。
    要进行分布式监测就要首先建立分布式网络，网络通信方式的选择是很重要的，根据系统中所传输数据的特点以及系统节点多，通信节点价格要低，并且不能布线的要求我们选择了一个很新的技术——ZigBee技术来作为我们无线网络的通信方式。在数据通信方面选择了性价比最好的通信方式。

1 ZigBee简介
    ZigBee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。
    ZigBee标准基于802．15．4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh) 和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。ZigBee是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，传输速度为20 k～250 kbps，ZigBee采用DSSS技术。功耗更低，依ZigBee网站公布，以一般电池电力而言，ZigBee产品可使用数月至数年之久。它非常适用于那些需要一年甚至更长时间才需更换电池的设备。这一点非常适合抄表系统。

2 温室大棚分布式监测系统的工作原理及zigBee网络在系统中的工作架构
    温室大棚分布式监测系统的工作原理为：由网状分布的ZigBee节点通过温度传感器和湿度传感器采集数据然后将数据传送至主节点，由主节点再将汇总的数据通过PTR2000传送至上位机，上位机将数据存入ACCESS数据库表中，上位机的软件可以显示实时数据，历史数据，并对数据进行处理对管理者提出合理的建议，并分析历史数据做出智能化的管理。
    其中网状网络是基于ZigBee无线传感器网络的，其网络架构如图1所示。

    基于ZigBee无线网络平台的温室大棚分布式监测系统具有以下几个特点：
    (1)无须布设通信线路，各设备之间实现无线自动组网连接，即降低了系统安装成本。
    (2)由于整个通信系统的各个模块具有高集成度，高可靠性和低功耗，低成本，体积小等优点，维护保养十分方便。
    (3)卓越的物理性能，整个网络所使用的无线频率是国际通用的免费频段(2．4～2．48 GHz ISM)，传输的方式是抗干扰能力强的直序扩频方式(DSSS)。
    (4)网络的自组织、自愈能力强，ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。

3 基于CC2430芯片的网络节点设计
    CC2430是ChipconAs公司最新推出的符合2．4 GIEEE802．15．4标准的射频收发器。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250 kbps可以实现多点对多点的快速组网。
    CC2430芯片只需少量外围部件配合就能实现信号的收发功能。图2为该温度检测终端的硬件结构。

    电路使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C1和电感L1、L2、L3以及一个PCB(印制板)微波传输线组成，整个结构满足RF输入／输出匹配电阻(50 Q)的要求。内部T／R交换电路完成LNA和PA之问的交换。R1和R2为偏置电阻，R1主要用来为32 MHz的晶振提供一个合适的工作电流。用1个32 MHz的石英谐振器(xTAL1)和2个电容(C2和C3)构成一个32 MHz的晶振电路。用1个32．768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(C4和C5)构成一个32．768 kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1．8 V电压的引脚和内部电源供电，电容C6和C7是去耦电容，用来为电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。温度传感器DS18B20的数据输入／输出端DQ接 P0-0引脚，该引脚具有4 mA的输出驱动能力。
    数据传输节点采用PTR2000芯片进行无线远程传输，PTR2000是一种新型的单片无线收发数传MODEM模块，该器件为超小型模块器件，具有超低功耗、高速率(19．2 kb-ps)无线收发数传功能，且性能优异，使用方便，PTR2000与单片机组成的数据传输节点硬件连接如图3所示。

    上位机软件采用VB6．0，界面友好，可以显示历史数据，实时数据以及温度、湿度曲线等。监测界面如图4所示。

4 结束语
    通过系统的设计和对于CC2430芯片的使用，感觉到ZigBee无线传感网络应用前景非常广阔，CC2430芯片是真正意义上的SOC芯片，使得我们开发ZigBee无线传感网络会更加方便，产品开发周期会大大缩短。