基于ZigBee技術的景觀噴泉遠程控制的方案設計

【摘要】介紹了一種基于ZigBee技術的遠程景觀噴泉控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)。采用軟、硬件相結(jié)合的方式，利用ZigBee無線傳輸技術，實現(xiàn)了可自由設置定期、定時開關噴泉及其配套燈光，對基于IEEE802.15.4的ZigBee的傳輸協(xié)議進行了探討，并對景觀噴泉的設計進行了詳細的介紹。

ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設備之間的無線通信技術。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，ZigBee標準基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備強大的設備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡類型，即星型結(jié)構、網(wǎng)狀結(jié)構和簇狀結(jié)構，并且系統(tǒng)節(jié)點具有多路路由功能，特別是能夠組成蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構，具有很強的網(wǎng)絡健壯性和系統(tǒng)可靠性。

一、系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)所實現(xiàn)的傳感器基于ZigBee星狀拓撲，節(jié)點分為傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。傳感節(jié)點由ZigBee終端節(jié)點和單片機構成；匯聚節(jié)點由ZigBee協(xié)調(diào)器充當；管理器節(jié)點由一臺PC機充當。傳感節(jié)點負責采集數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)發(fā)其子節(jié)點的數(shù)據(jù)；匯聚節(jié)點負責發(fā)出各種命令并通過RS232接口與管理節(jié)點的通信；管理節(jié)點提供圖形化的操作環(huán)境，負責接收用戶的需求以及數(shù)據(jù)的顯示。

每個噴泉作為一個節(jié)點，噴泉之間采用星型結(jié)構連接，有其中一個節(jié)點作為ZigBee路由器，負責與單片機控制系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)。可以通過改變時序或控制開關實現(xiàn)控制方式的改變，已達到可顯現(xiàn)各種復合噴水狀態(tài)的要求。同時噴泉的設計可以多種多樣，本文介紹為一種景觀噴泉造型。

基于ZigBee技術的景觀噴泉遠程控制系統(tǒng)中使用了無線射頻ZigBee模塊，該模塊功耗低，抗干擾能力強，且使用ISM2.4G頻段，頻率無需申請，無線網(wǎng)絡使用是免費。

二、硬件設計

系統(tǒng)硬件采用模塊化的設計，主要包括PC控制模塊、ZigBee通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊。ZigBee通信模塊通過ZigBee網(wǎng)絡連接外部Internet網(wǎng)絡，完成數(shù)據(jù)的封裝與傳輸；數(shù)據(jù)采集模塊采集各種傳感器輸出的電信號；單片機控制模塊控制數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送。以及采集數(shù)據(jù)的處理等等。

2.1MAC與ZigBee模塊的通信

無線傳感器，采用微波段2.4Hz。可實現(xiàn)遠距離（0～1000米）傳送給讀寫器，讀寫器同樣在連接電腦，讀寫器與電腦的連接方式有很多種，分別有RS232、485（485可以選配MODBUS總線或CAN總線等）、TCP/IP、GPRS等等。

2.2PC控制模塊

PC將接受到的信息通過調(diào)整或轉(zhuǎn)換，成計算機可識別的數(shù)字信號，存儲并加以分析。PC同時控制單片機控制電路，并將指令傳送給單片機，單片機再控制執(zhí)行單元，諸如電磁閥、電機等單元。

2.3單片機控制模塊

選用宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機為系統(tǒng)控制核心，STC12C5A08PWM單片機是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，看門狗，2路PWM，針對電機控制，超強抗干擾。片內(nèi)有8KB Flash ROM，1280B RAM，支持ISP。

三、軟件設計

為保證系統(tǒng)時鐘的準確性，采用定時器0，工作于自動重裝初值的模式2下，產(chǎn)生250us定時中斷。設置一天內(nèi)噴泉的定時開、關的時間點，也可設置長期關閉日期（如學校假期）。由PC控制端輸入，并在RAM中保存，供控制系統(tǒng)查詢。

噴泉的變化形態(tài)可以有很多種不同設計的方案，本系統(tǒng)采用的時間輪轉(zhuǎn)的方式，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行啟動了單片機內(nèi)部看門狗。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)采用星型拓撲和需求時喚醒ZigBee模塊的通信方式，有效地降低了每個ZigBee傳感節(jié)點的功耗，減少了傳感節(jié)點向匯報節(jié)點上報數(shù)據(jù)時相互碰撞的概率；利用ZigBee網(wǎng)絡傳輸節(jié)點的數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡需要依托有線公共網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗啤igBee技術與景觀噴泉的結(jié)合有著廣泛的市場前景。

參考文獻

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