淺談ZigBee技術在監測系統中的應用

胡丞熙

摘要：ZigBee無線傳感器網絡，通過和各個傳感器結合可以作用于各種工業、現代農業的數據監測，這是一種傳輸距離短、功耗低、成本低的新型技術。本文結合ZigBee技術和Android管理系統，將這些技術應用于監測系統中，來進行工業環境各項數據的實時監測和控制，整個系統實現了數據采集終端和各個節點之間的數據接收和傳輸功能。

關鍵詞：ZigBee技術 Z-Stack 數據采集 以太網

中圖分類號：TN925文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）13-0189-01

ZigBee是無線傳感器網絡的一項新技術，是基于IEEE802.15和ZigBee網絡協議的一種無線數據傳輸技術。將此技術與傳感器相結合，便可組建無線傳感器網絡。如今能與物聯網無線傳輸的除了ZigBee還有藍牙和WIFI，這些技術目前已經比較成熟，并應用于各個領域。但是考慮到生產控制的便利性、效率、成本等諸多因素，在工農業生產和控制中，ZigBee技術的應用非常廣泛，下面將談談這個技術在監測系統中的應用。

本文主要是使用TI公司的Z-Stack協議棧進行開發的ZigBee模塊，在這個監測系統中，通過ZigBee模塊組建小型網絡，與以太網數據進行遠程傳輸，為每一個終端都配上傳感器，以檢測溫度、濕度、煙霧濃度等等，并且將檢測到的數據都發送到協調器，協調器接收到數據并對數據進行處理，再把處理后的數據發送到個人電腦端或者發送到手機端，與此同時，協調器還起到接收個人電腦端和手機端的控制命令，并根據接收到的命令做出相應的反應。

整個系統設計由軟、硬件兩部分來構成。先來談談硬件上的設計。

硬件上的設計包括傳感器部分和組網以及以太網部分的硬件設計。首先傳感器部分的設計實現的主要任務就是將現場的數據發送到數據服務中心，現場的數據包括溫度、濕度、煙霧濃度等，需要用到的傳感器有溫濕度檢測傳感器DHT11，煙霧檢測傳感器MQ-2，還有紅外熱釋傳感器，單個終端將現場檢測到的各傳感器數據都通過組網發送給協調器。在傳感器部分的硬件設計上，讀取現場傳感器的數據是最重要的任務，其次就是將這些數據發送至協調器，也就是數據服務中心，在發送數據的同時也需保證設備的穩定和安全。

組網部分用的是ZigBee開發套件，以太網傳輸部分用的是TPC232-T24，以太網先需要用網線直連的方式進行參數的設置，用網線對RJ45和PC機網口采用網線直連的方式進行設置參數，這里需要注意的是IP必須設置正確，否則將不能正常通信，參數設置正確后可將模塊接口連接到路由器上，電腦只要連接無線網，設置好模塊中的IP地址，就可以對模塊進行訪問。

協調器接收到傳感器的數據后經過以太網將這些數據傳送給PC端和手機端，同時，PC端和手機端也經以太網給協調器發送控制命令，協調器接受到命令后會給每一個終端發送命令。當終端接收到協調器的信息后，待判斷命令正確，便會根據命令控制繼電器和LED，繼電器在本系統中主要起到了開關作用，也就是說用高低電平來控制繼電器的打開和關閉。相反若命令不正確，協調器自動放棄命令，繼續工作。

軟件的設計分為兩部分，分別是PC端的設計和手機端的設計。其中PC端相當于一個紐帶，連接著協調器傳輸的數據和手機端發送的控制命令，通過使用串口通信，對協調器傳輸過來的數據進行分析校驗，并配有曲線、圖形和文字，可顯示在界面上，也可以放入數據庫中等待查詢。手機端采用了Android管理系統，整個設計分為三個部分，分別是手機端界面設計部分、與電腦端網絡連接部分和對歷史數據進行查詢部分。其中手機端界面的主要功能就是實時顯示采集到的各種數據信息，其中包括溫度、濕度、煙霧濃度等，手機端的界面比較簡潔，易操作，能夠很直觀地看到各種數據顯示，并配有數據條和指示燈。除了能夠顯示實時的數據以外，還開發了歷史數據查詢界面，但是這個功能需要向PC端發送命令，PC端接收到了命令會做出相應的操作，這樣便能查看之前某個時刻的數據。與PC端網絡連接部分，主要通過通信實現了以下幾個功能：通過局域網接收電腦端傳輸過來的各種實時數據，并向電腦端發送控制命令，待電腦端判斷完這些控制命令后，將控制命令發送到協調器端口，通過協調器來控制采集終端，最后還可以通過網絡通信查詢歷史數據。

最終結合之前的硬件設計，進行測試，協調器每隔1s就將采集到的數據通過組網串口發送到PC端，在數據采集過程中，由ZigBee組成了一個小型WSN網絡，系統運行時，采集終端周期性的將數據發送至協調器，協調器接收到數據之后再通過串口發送到PC端，PC端會根據發送過來的數據進行曲線、文字、圖形等多種形式的顯示，還能將這些數據進行保存，方便后續的查詢。通過手機界面可以很清晰地查看實時數據，并可以通過不斷刷新來更新各項數據，從而監測每個采集端口的數據情況，并對數據進行分析，還可通過對PC端發送指令來查詢之前某個時刻的歷史數據信息，最后手機端可以通過對采集終端的遠程控制，來控制繼電器的開關和LED的亮滅。

通過測試，本系統確實能夠實現基于ZigBee技術的監測，但由于本人對Android使用還不夠精通，因此手機端的界面比較簡潔，實現的功能也比較基礎，本人將通過進一步研究，加入其他功能，使得系統更加完善便利。

責任編輯：孫瑤endprint