基于ZigBee無線傳感器網絡的溫度測量

胡怡

摘 要：在環境中溫度是一項重要的指標，與人們的日常生活、生產以及工作有著密切的關系，在各種類型的環境中，方便、快捷以及精準的對溫度變化進行檢測，并且快速的做出反應是非常重要的。同時近些年來，ZigBee無線傳感器網絡的應用具備復雜度低、功能消耗低以及數據速率低等特點，主要適用于自動化控制和遠程控制，能夠嵌入各種設備，還具有地理定位功能。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器網絡;溫度測量

一、ZigBee原理

根據IEEE 802.15.4的相關標準的ZigBee無線網絡技術，可以將工作分成3個頻段，包括：68 MHz，915 MHz及2.4 GHz，數據速率最高可以達到250 Kb/s。同時網絡拓撲可以分成星形拓撲、簇狀拓撲和網狀拓撲，其中簇狀和網狀拓撲都可以由一個主控節點和很多個路由、終端節點組成，確保多跳數據通信得到實現，因為覆蓋的范圍不斷增加，路由也可以根據具體情況進行動態調整，因此在溫度測量系統中應用ZigBee傳感器網絡可以很大程度的提高系統的靈活性和適用范圍，對有效溫度測量系統存在的不足之處進行彌補。

二、ZigBee無線傳感器網絡溫度測量系統組成與工作原理

圖中單片機MSP430F149是從溫度傳感器中得到的溫度數據，并且通過RS 232串口將數據傳送給ZigBee RFD模塊，并且將模塊轉化成ZigBee通信協議包，再傳輸給ZigBee FFD模塊。與此同時這一模塊采用多跳的通信方式將數據包傳輸給協調器，在協調器接收到數據包之后先可以按照原路返回進行數據信息的確認和接收，最后促使其來到數據ZigBee RFD模塊，對握手通信進行實現，也能更加完整的完成ZigBee通信。

溫度采集傳輸系統的組成結構圖

（一）控制模塊

關于控制模塊，其的重點就是以MSP430單片機為主，是一種能源消耗比較低的控制器，是16為RISC CPU的內核，也是16為總線結構，每一個外部周圍的儀器構件都可以對事件驅動型的操作進行支持。同時與一些其他方面的微控制器相比較，帶片狀的FLASH微控制器能夠大大降低系統能源消耗，將其降低到原來功能消耗的1/5，還可以大大減小硬件線路板的空間。

（二）無線收發模塊

該模塊的主芯片主要是采用TI-Chipcon公司生產出來的CC2420射頻芯片，能夠很好的適應ZigBee產品，這一芯片只需要采用很少的外部周圍的元件，性能非常穩定，功能消耗非常低，具備完全集成的壓控振蕩器，并且需要采用的天線、16MHz晶振等很少，其外圍電路只能夠在2.4 GHz頻段上開展工作，也可以對很短距離通信的有效性和可靠性進行確保。此外支持數據的傳輸率最高可達到250 Kb/s，也可以對多點與多點之間的網絡進行很快組合。

（三）路由協議

要想確保數據的可靠性，在傳輸的過程中應該采用多條路徑由協議，這一協議是動態源路，主要是通過DSR擴展開來的，在使用DSR的時候是由發送端對路由進行確定，而不是由每一個節點對下一跳路由進行確定，這樣實施好處非常顯著，就是在重點節點位置不需要對路由信息進行保存。此外DSR是在響應基礎上開展的，不需要周期的對任何信息進行發送。

三、實驗分析

該實驗是在兩個樓層之間布置很多個房間，這是在ZigBee技術的基礎上對無線溫度采集系統實驗裝置進行實現，每一個房間都要放1個ZigBee模塊，協調節點是必須具備的。同時在其他位置應該根據路由功能的需要與否進行設置，可以進行路由器放置或者終點節點，還要為其他節點路由轉發數據的節點配置，這就是路由器節點，而其他節點則需要配置終端節點，這樣所有的節點就會組合成一個ZigBee網絡，每一樓層有一個協調器，數據最終傳送到PC監控主機，實時的監督控制每一個方面，并且對超出溫度部分的點進行報警，該系統具備很高的可靠性，很低的設計成本，很快的響應速度，促使短距離無線通信技術中的作用得到最大發揮。

四、結語

綜上所述，基于ZigBee的無線傳感器網絡的溫度測量能夠對系統存在的不足之處進行有效避免，對數據進行不間斷的采集。測溫系統中的ZigBee無線傳感器網絡作為信息交換和處理的通用平臺，如果對不相同類型的傳感器測量系統進行配置，具有很高的可擴展性，因此在今后的實施中相信會有很多的ZigBee裝置進入到人們的日常生活中，且物聯網隨處可見。

參考文獻：

[1]呂鑫，王忠.ZigBee無線數據傳輸模塊的設計與實現[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2014，33（04）：332-335.

[2]王小強，歐陽駿，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網絡設計與實現[M].化學工業出版社，2016（05）：23-24.

基金：西安鐵路職業技術學院2017年度立項課題（XTZY17G03）