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深圳市安特成科技有限公司
主營產(chǎn)品： 調制解調器，單口貓，貓池，RTU，DTU，無線數(shù)據(jù)傳輸終端，遠程監(jiān)控終端 |
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2015-5-20 閱讀(516)
在人們日常的生產(chǎn)生活中，經(jīng)常需要通過傳感器將一些物理量，如溫度、濕度、光照度等非電量轉變成電量，然后通過傳輸線傳輸?shù)街鳈C進行數(shù)據(jù)處理，再產(chǎn)生相應的控制信號。工業(yè)中的傳輸線通常采用的是現(xiàn)場總線，如CAN總線等。但是在一些場合采用這種有線介質作為傳輸線并不是的方案。比如一個大型糧倉或蔬菜大棚要實現(xiàn)多點的溫度采集時，按照有線傳輸方案需要從各個傳感器節(jié)點連接很多且復雜的傳輸線到主機，蔬菜大棚需要保持一定的溫濕度，*下來會對傳輸線造成腐蝕、損壞，從而影響整個系統(tǒng)的正常工作。此外，多點溫度采集系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不大，且對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也不高，所以在這種情況下采用無線方式進行信號的采集傳輸是十分理想的。
當前主要的無線技術有WiFi、Bluetooth、UWB、NFC以及紅外等。采用紅外技術應用于傳感器裝置上的缺陷是：要求傳輸雙方必須在可見范圍內而且是定向傳輸，中間不能有障礙物否則會影響數(shù)據(jù)傳輸質量。而其他無線技術的主要問題是開發(fā)成本過高，適用面較窄。
ZigBee是一種短距離、架構簡單、低功耗和低傳輸速率的無線通信技術，工作頻率為2.4 GHz免費頻段，其傳輸距離一般在幾十米范圍內，數(shù)據(jù)傳輸速率為250 Kb/s。ZigBee可以基于協(xié)議棧組成網(wǎng)絡實現(xiàn)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，并采用了碰撞避免機制，信息在整個ZigBee網(wǎng)絡中通過自動路由的方式進行傳輸，保證了信息的安全性。Zigee技術既解決了傳輸?shù)目煽啃詥栴}，又因為其傳輸功耗低，傳輸采用免費頻段等因素，使其降低了成本。
1、系統(tǒng)方案
當系統(tǒng)組成1個ZigBee網(wǎng)絡時，根據(jù)實際情況來確定網(wǎng)絡拓撲結構。網(wǎng)絡拓撲結構關系到網(wǎng)絡成本、網(wǎng)絡維護的難易、網(wǎng)絡可靠性以及網(wǎng)絡穩(wěn)定性。ZigBee基本的網(wǎng)絡拓撲結構有如下幾種：星型網(wǎng)絡、樹型網(wǎng)絡以及網(wǎng)型網(wǎng)絡。
網(wǎng)絡中存在3種類型的節(jié)點：子節(jié)點(RFD)、路由節(jié)點(FFD)、主節(jié)點(COORDINATOR)。子節(jié)點與傳感器連接，散布在現(xiàn)場中，主要作用是采集信號并傳輸；路由節(jié)點的作用是擴展網(wǎng)絡深度與廣度，星型網(wǎng)絡中若對網(wǎng)絡深度廣度要求不高，可以省略路由節(jié)點；主節(jié)點與上位監(jiān)控PC機連接，主要作用是建立網(wǎng)絡，處理各個子節(jié)點及路由節(jié)點發(fā)送的信息，相當于有線網(wǎng)絡中的服務器。
系統(tǒng)的工作過程為：主節(jié)點先建立網(wǎng)絡，等待各自節(jié)點的加入；子節(jié)點加入網(wǎng)絡后，把溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)打包并攜帶自己的地址通過無線形式傳輸給主節(jié)點；主節(jié)點接收到數(shù)據(jù)包后進行數(shù)據(jù)處理，并將溫度信息以及子節(jié)點地址等有效信息存儲并顯示在監(jiān)控界面上。
2、硬件設計
系統(tǒng)采用Chipcon公司的CC2430芯片，CC2430是一款片上系統(tǒng)芯片，內部帶有豐富的系統(tǒng)資源，只需要很少的外圍部件就能實現(xiàn)接收或發(fā)送信號功能。系統(tǒng)的傳感器采用ATC60A*型溫度傳感器。ATC60A*數(shù)字溫度傳感器是生產(chǎn)的1——Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。
3、軟件設計
系統(tǒng)中的主節(jié)點和子節(jié)點在硬件結構上差異并不大，主要是通過程序的編寫實現(xiàn)主子節(jié)點各自不同的功能。程序主要分為主節(jié)點程序和子節(jié)點程序。主節(jié)點首先形成網(wǎng)絡等待各個子節(jié)點的加入，網(wǎng)絡形成后接收來自各子節(jié)點的數(shù)據(jù)并加以處理，再與上位PC機進行通信；子節(jié)點上電后尋找可加入的網(wǎng)絡，成功加入后開始采集溫度，并將溫度信息以及自身網(wǎng)絡地址打包并通過無線形式傳給主節(jié)點，實現(xiàn)星型無線網(wǎng)絡的功能。部分重要程序段如下，并對無線網(wǎng)絡的形成及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軐崿F(xiàn)加以解釋說明。
通過比較ZigBee以及其他幾種無線傳輸方式的優(yōu)缺點，本文提出了基于ZigBee技術的無線溫度采集系統(tǒng)的整體方案，并設計實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路及相應程序。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準確性高，能夠達到預期所設想的目標。
