基于ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)

張苑　秦敏

摘 要：目前，在工業(yè)現(xiàn)場的具體溫度測量中，因測量方法的不足以及溫度采集系統(tǒng)的諸多問題對工業(yè)生產(chǎn)造成了一定程度的影響，對此，我們基于基于ZigBee技術設計了一種新型的無線溫度采集系統(tǒng)和方案，本文對該采集系統(tǒng)的設計進行進一步研究。

關鍵詞：ZigBee技術；無線溫度采集；系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.131

溫度的正確采集在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中起著非常重要的作用。據(jù)相關調查表明，現(xiàn)存的溫度數(shù)據(jù)的采集方式多為人共采集或有線采集，這些方法消耗大，所需要的財力較多，且在傳輸過程中容易受到外來因素的影響，同時它們在高溫高壓環(huán)境下有很大的局限性。它們的這些缺點和局限性會因線路問題和使用年限的影響而受到嚴重阻礙。對此，我們設計研發(fā)了一種基于ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)，現(xiàn)將研究結果匯報如下：

1 ZigBee技術的相關內(nèi)容概述

ZigBee是指IEEE 無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的一項標準. 它是一種新興的具有短距離、 低速率等特點的無線網(wǎng)絡技術，其技術程度介于無線標準技術與藍牙之間。ZigBee定義了兩種物理設備：精簡功能設備和全功能設備。在一個ZigBee的技術網(wǎng)絡中，會有一個全功能設備充當協(xié)調器的角色，它除了直接參與到整個網(wǎng)絡的具體應用之中之外，還要完成一些諸如成員身份管理和信息管理等額外任務。在數(shù)據(jù)的采集過程中，我們根據(jù)不同的需要組件網(wǎng)絡的拓撲結構，但是在實驗室條件下，我們只能選擇星型網(wǎng)絡拓撲結構進行研究，典型的星型網(wǎng)絡拓撲結構表現(xiàn)為不同的終端節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調器節(jié)點，最終匯聚到PC機上，之后數(shù)據(jù)管理中心對收集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。

2 ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)的硬件設計

在無線溫度采集系統(tǒng)的實際工作中，考慮到其系統(tǒng)自身以及工作環(huán)境的影響，我們應當在設計過程中充分重視低功耗和抗干擾性問題。

先前，由于受到工作環(huán)境的影響，終端節(jié)點通常采用的供電方式是普通電池，所以低功耗成了迫切需要解決的問題，因此，我們采用nanoWattXLP 技術的控制器 PIC18F4620 以及超低功耗無線收發(fā)器 CC2420 ，傳感器 DS18B20 可以利用數(shù)據(jù)線供電，其最突出的優(yōu)點就是無需外接電源。此外，我們將系統(tǒng)不需要進行正常工作的時間設置為休眠狀態(tài)，以減少不必要的功率消耗。為了解決工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境噪聲的影響，我們可以在電源接入端安裝電容用以消除噪聲給系統(tǒng)帶來的影響。

在該系統(tǒng)的硬件設計過程中，我們遵循終端節(jié)點設計——協(xié)調器節(jié)點的設計——管理節(jié)點的設計思路。終端節(jié)點由于其自身特點和無法用線路進行充電的性質，一旦安置好終端節(jié)點，便不能任意改動其位置，其微控制器、溫度傳感器、無線收發(fā)器和電源模塊的相關選擇和設計要嚴格遵從相關規(guī)定進行。協(xié)調點的主要作用是向管理節(jié)點傳輸其所收集到的數(shù)據(jù)，因而其在設置上多了一個通信接口以便傳輸數(shù)據(jù)，它和終端節(jié)點的不同在于軟件程序的設置過程之中。管理節(jié)點的作用是收集信息數(shù)據(jù)并將其進行分析處理，進而達到控制工業(yè)現(xiàn)場的溫度的目的，在其與協(xié)調器的傳輸之間安裝比較常見的RS232串行口，以實現(xiàn)二者的有效通信和數(shù)據(jù)傳輸。

3 ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)的軟件設計

（1）組網(wǎng)的程序設計過程中，協(xié)調器節(jié)點在完成網(wǎng)絡生成并加入到管理過程之中后，可以對各個終端節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)進行有效的收集，并借助一定的計算機工具顯示到減速機屏幕上以供參考和記錄。

（2）在對終端節(jié)點進行程序設計時，首先查找可以使用的有效網(wǎng)絡并加入；其次，手機溫度數(shù)據(jù)，并借助工具顯示到計算機上；將收集到的溫度值傳送給協(xié)調器節(jié)點。具體操作可以參照DS18B20的工作流程圖，具體如下所示：

START→DS1820 Init（）→TX SKIP_cmd（）→TX Convert_cmd（）→WAIT→ALSO DS18B20 Init（）→ALSO TX Skip_cmd（）→TX Receive_cmd（）→display（）→End→→→Start

4 小結

基于ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)能夠有效的解決因傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式因線路、使用時間帶來的成本高、操作復雜等問題，給工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活帶來了重要的便捷因素。總結起來，該系統(tǒng)具有消耗的財力物力少、操作簡便、使用可靠等優(yōu)點，因此，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中使用基于ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)是非常可行的，值得在實踐中進一步推廣應用。

另外，該系統(tǒng)還有需要注意的兩個問題，一是由于該系統(tǒng)的多實用型，其本身還適用于濕度、壓力等因素的數(shù)據(jù)采集和分析處理；二是該系統(tǒng)的準確性還有待于進一步提高，經(jīng)相關驗證，在理論上是可以提高數(shù)據(jù)的準確性的，這也是今后的研究要點。

參考文獻：

[1]孟慶斌 ，潘勇.基于CC2430的分布式無線溫度測量系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2009（05）：128-130 .

[2]陳偉歌，閻有運，陳朝軍.基于ZigBee技術的倉庫溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術，2008（12）：47-48.

[3]李曉維.無線傳感器網(wǎng)絡技術[M].北京：北京理工大學出版社，2009.

[4]鐘永峰，劉永俊.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

[5]鄧中華.基于ZigBee的無線溫度采集系統(tǒng)設計[J].計算機工程與科學，2011，33（06）：164-167.et[R].2008.

[6]陳繼海，魏曉慧.基于ZigBee無線網(wǎng)絡的氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)設計[J].電子科技，2012，25（10）：29-31.

作者簡介：張苑（1990-），女，河北保定人，研究生，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè) 。