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基于Zigbee协议的温度采集系统
摘要：
本文介绍了基于Zigbee协议的温度采集系统。该系统采用无线传输的方式，通过Zigbee协议进行物联网的通信。系统采用温度传感器采集温度数据，并将数据通过无线传输装置传输至Zigbee网关。最后，将采集到的温度数据通过云服务进行分析和处理，为用户提供相应的服务。本系统具有高效、低功耗、远距离传输、功率管理和对外界干扰的稳健性等特点。
1.引言
随着IoT技术的飞速发展，智能家居、智能医疗等领域的需求不断增加。温度采集系统是一个特别重要的应用，尤其是在农业、食品生产等领域，温度传感器对生产环境的严密防控是至关重要的。
基于Zigbee协议的温度采集系统是一个非常重要的应用，它使用Zigbee无线传输技术，实现了数据的快速传输和实时监测，极大地提高了温度采集的效率和准确性。
2.系统架构
该系统由三部分组成：温度传感器模块、Zigbee无线传输模块和网络管理节点。
温度传感器模块：温度传感器采集温度数据，并将数据传输到无线传输装置。
Zigbee无线传输模块：无线传输装置负责将温度数据传输到Zigbee网关。
网络管理节点：Zigbee网关将采集到的温度数据传输到云服务器，进行数据分析与处理，并向用户提供实时监控服务。
图1展示了整个系统的框架结构。
图1基于Zigbee协议的温度采集系统框架结构图
3.系统设计
3.1温度传感器模块
为了实现对温度数据的采集，该系统采用了DS18B20数字温度传感器。DS18B20具有高精度、数字输出、简易安装等优点，且通信方式简单，适合使用在微控制器或其他处理器中。
在使用DS18B20之前，设备需要配置PIN脚和DS18B20的通讯协议。通讯协议由一个复杂的单线总线协议组成，包含启动序列、地址序列等等。在该系统中，传感器的通讯协议使用PA4进行了预配置，并通过WIZnetW5500模块来控制DS18B20传感器的通信协议。
3.2Zigbee无线传输模块
该系统使用XbeeS2BZigbee无线模块实现无线传输。XbeeS2BZigbee无线模块是一种更高性能的无线传感器网络模块，具有跨越长距离的能力、低成本和低功耗特性等。
3.3网络管理节点
Zigbee网关是整个系统中的网络管理节点。它的主要任务是收集XbeeS2BZigbee无线模块采集到的温度数据，然后将它们传输至云服务器。
为了将采集到的温度数据进行分析处理，需要将数据传输到云服务器中，使用CloudMQTT云服务进行数据分析与处理。CloudMQTT是一个基于EMQ的云消息队列服务，提供了基础的MQTT模式，同时支持数据持久化、消息重试和故障迁移等特性，能够满足数据分析处理的需求。
4.系统实现与测试
本系统的硬件配置如下：
单片机：STM32F103RC；
DS18B20数字温度传感器；
XbeeS2BZigbee无线模块；
WIZnetW5500以太网模块；
CloudMQTT云服务。
本系统的测试主要分三个方面：
（1）温度传感器模块测试
该部分测试主要是检验DS18B20数字温度传感器是否可以正常工作。实验设计：在10分钟内1分钟采集5组数据，同时记录温度传感器的温度输出曲线。实验结果如表1所示。
表1DS18B20测试结果
（2）Zigbee无线传输模块测试
该部分测试主要检测XbeeS2BZigbee无线模块的无线传输信号的传输距离。实验设计：在10米和30米的距离下对无线传输信号进行测试。实验结果如图2所示。
图2XbeeS2BZigbee无线传输测试结果
（3）网络管理节点测试
该部分测试主要检测Zigbee网关是否正常工作。实验设计：测试XbeeS2BZigbee无线模块的数据传输是否正常。实验结果如图3所示。
图3Zigbee无线模块数据测试结果
5.结论
基于Zigbee协议的温度采集系统具有高效、低功耗、远距离传输、功率管理和对外界干扰的稳健性等特点。通过该系统，可以对生产环境中的温度进行实时监测和控制，有效提高了生产效率和产品质量。在实际应用中，如农业、食品生产等领域，该系统具有非常广阔的应用前景。
参考文献:
[1]蒋振利.基于Zigbee无线传输技术的湖北森林火灾监测系统设计[J].安全与环境工程,2018(20):186-188.
[2]李峰.基于ZigBee协议的冷链运输监控系统设计与实现[J].电脑知识与技术,2019(2):2-4.