基于ZigBee的监测系统的设计.pdf

万方数据

基于ZigBee的监测系统的设计张会康张健涛赵春平蒋(陕西理工学院物理系陕西汉中嫒JnNG1．5工作使用的频段分别为2．4GHz、868MHz(欧洲)及915Mm(美2010年第21期O机械与电子O科技信囊【摘要】根据ZigB∞的堆栈协议，建立了一个小型星状网络系统，设计了一种基于Zig,Bee的温湿度监测系统。系统终端节点以AT／VIEGAl6L为内棱。以一体化的温湿度传感器SHTlll为采集设备。使用专用的zjgBee传输模块CC2420。主节点以ATMEGAl6和CC2420分刺作为主控部分和传输芯片。采用液晶12864，计算出终端节点测量的温度、湿度值并显示在液晶屏上。通过适当的软、硬件抗干扰处理．设计出的多点无线温湿度采集系统具有实用性、小型化等特点。【关键词l温度；湿度；无线；ATMEGAl6L；Cc2420；sHTltWirelessMonitoringSystem刀¨LNGChIm—ping(DepartmentShaamd，723000．China)【Abstract]BasedintngratednodeZilgB∞anti-jamming【Keywords]Temperature；Humidity；Wireless；lEEE802．15．4；ATMEGAl6L；CC2420",SHTl0引言随着微电系统。片上系统．无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出了无线传感器网络(WirelessNetworks，WSM，并以其低功耗，低成本，分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线器网络就是由许多这些传感器节点协同组织起来，节点可以随机或者特定地布置在目标环境中，它们之间通过特定协议自组织起来。能够获取周围环境的信息并且协同工作完成特定任务。Zi邸ee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee协议比蓝牙、高速率个人区域网(PAN)或802．11x无线局域网更简单实用。Zle,Bee技术的主要特点包括以下几个部分：1．1数据传输速卒低，只有10kbps一250kbp8，专注于低传输应用。1．2功耗低。在低耗电待机模式下，丽节普通2号干电池可使用6个月以上。1．3成本低，因为Zig,Bee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。1．4网络容量大每个zigsee网络最多可支持255个设备。也就是说每个Zi邸ee设备可以与另外254台设备相连接。国)均为免执照频段。ZigBee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。2系统总体设计思想圈1无线传感器网络星形拓扑圈该网络(图1)由多个终端节点，一个主节点和显示设备组成。终端节点负责环境数据的采集，主节点负责网络的建立、维护以及终端数据的收集和显示。终端节点和主节点之间是无线双向通信。终端节点和主节点的设计正如一般无线传感器网络节点的设计一样，包括数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元四部分。数据采集单元主要由各种传感器构成，用来感知周围环境参散；数据处理单元主要由MCU和协议栈组成，MCU用来对传感器感测到的数据进行处理。而协议栈则规定了节点间通信的规则；数据传输单元主要由无线收发芯片组成。用来接收和发射信息。本设备主要通过多个终端节点和一个调节器主节点构成这个ZigBee无线网络系统．终端节点主要有温湿度传感器SHTlI。无线传感器CC2420．处理芯片ATMEGAl6L组成如图2所示。而调节器主节点有一个处理芯片ATMEGAl6L和一个显示设备I￡D12864组成，如图3所示。主节点通过与终端节点的通讯将各个点的局部温湿度收集起来进行有效的监控。圈2终端节点框朋圈3协调器节点框图3系统硬件设计3．1温湿度传感器电路设计由于本课题的重点不在传感器方面，所以在传感器模块上只用了一个温湿度传感器来采集环境的温湿度数据，然后通过无线收发模块传输到主节点上。传统的模拟式湿度传感器一般都要设计信号调理电路并需要经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证．且在线性度、重复性、互换性、一致性等方面往往不尽人意。SHTll是瑞士SENSIRION公司推出的基于CMOSensTM技术的新型温湿度传感器。该传感器将CblOS芯片技术与传感器技术结合起来，从而发挥出它们强大的优势互补作用。SHTll的结构特点由于将传感器与电路部分结合在一起，因此．该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性。而A／D转换的同时完成．则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内装载的校准数据保证了每一只湿度传感器都具有相同的功能．即具有100％的互换性。最后，传感器可直接通过12C总线与任何