2022年基于ZigBee的无线温度监测系统设计措施.docx

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1、精品学习资源基于 ZigBee 的无线温度监测系统设计方案传统的温度监测系统大多采纳人工测量或在测量点与监控室之间铺设电缆 的有线方式，不仅耗费人力，而且具有布线不易、保护困难等缺点，对于监测 范畴广或环境恶劣的地方往往显得无能为力；无线传感器网络 Wireless Sensor Network ，WSN作为一种新兴的信息猎取和处理技术，由部署在监测区域内大量传感器组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织的网络系统，可 实时监测、感知和采集网络掩盖区域内的各种环境或监测对象的信息，并将其 发送至终端用户；其具有抗毁性强、监测精度高、掩盖区域大等特点，通常运 行在人无法接近的恶劣甚至危急的远程环

2、境中，在军事应用、远程监控、环境 监测、智能家庭网络、抢险救灾等领域有着宽阔的应用前景和进展潜力；托普物联网由于 ZigBee 技术以低功耗、低成本为目标为无线传感器网络供应了新的解决方案；故托普物联网采纳了支持ZigBee技术的 CC2430 模块来实现无线传感器网络， CC2430内部集成了 51 单片机，线路简洁，使用便利，但对于大批量数据的储备和处理才能相对不足；本文设计了一种基于 ZigBee的远程无线温度监测系统；系统采纳DS18B20采集温度信息，然后通过由 CC2420 和ATMEGA16位单片机组成的模块实现无线传输，并将信息通过串口通信RS232 传送给数据处理与发布服务器

3、进行相关的数据处理和信息发布，从而有效地实现在互联网的任何位置对温度的实时监控；1 系统架构ZigBee是一种新兴的近距离、低功耗、低速率、低成本的无线传感器网络技术，工作于全球统一无需申请的频段2.4GHz，其协议是依据 IEEE 802.15.4 技术的物理层和数据链路层的标准，并对其进行了完善和扩展而制定的； ZigBee 支持3种拓扑结构 :星型网、树型网和网状网，每种网络都有各自的优点，实际可依据应用来挑选；整个远程无线温度测量系统包括温测终端、网络和谐器、数据处理与发布欢迎下载精品学习资源服务器以及用户终端；温测终端实时采集和发送各监测点的温度，与网络和谐器构成 ZigBee无线星

4、型网络，由网络和谐器实现数据的和谐和接收，并与数据处理与发布服务器进行串口通信，一般用户终端可以通过HTTP 协议在互联网的任何位置监控温测终端的温度，系统结构如图1 所示；图 1系统结构2 硬件设计温测终端由温度传感器、无线通信、微处理器模块等构成，用于对待测点 的温度进行采集，并通过无线通信网络将信息发送至网络和谐器；网络和谐器 是由微处理器和无线通信模块组成，主要用于负责接收和掌握各节点的温度信 息，并通过串口通信 RS232 将其传送至服务器上进行显示和处理；硬件结构如图 2和 3所示；依据实际应用的需要，仍可在终端节点上安装显示模块或报 警模块，以便利网络安装测试，有利于监测点邻近人

5、员进行实地测量或供应安 全保证；图 2终端节点硬件结构欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2.1 数据采集模块图 3网络和谐器硬件结构欢迎下载精品学习资源数据采集选用温度传感器 DS18B20，其采纳了单总线结构，读出或写入信息仅需一根端口线，可直接将温度转化成串行数字信号进行处理，无需模数转换，微处理器可直接读取温度数据进行处理；测量范畴55 125 ，可编程为912 位A/D转换精度，对应的可辨温度分别为 0.5 、0.25 、0.125 和0.0625 ，可用数据线供电，电压范畴为 3.0 5.5V ，12位辨论率时最多在750ms内把温度转换为数字；因其具微型化、低功耗、精度高、响

6、应时间短、抗干扰才能强等特点，特别适合温度检测；2.2 ZigBee无线通信模块该模块采纳 TI 公司生产的 CC2420, 支持 IEEE802.15.4 协议，工作在全球免费开放的 2.4 GHz频带，有效数据传输速率为 250 Kbps ；芯片功耗低，具有超低电流消耗 :接收 19.7mA，发射 17.4 mA ，内部集成有 VCO以及电源整流器，采纳低电压供电 2.1 3.6V，如使用外部电压调剂器时供电电压为 1.6 2.0V ；可编程输出功率； 芯片供应了 SPI接口与微处理器连接，可完成数据的设置和收发，抗邻频带干扰才能强；欢迎下载精品学习资源2.3 微处理器模块微处理器选用 A

7、TMEG系A列的 16L型单片机，该芯片是高性能、低功耗的8位 AVR RISC 结构微处理器，具有较高的处理速度，内部设有SPI接口，两个串行通信口，可在 3.3 V 电压下进行低功耗工作，易与选用的无线模块CC2420 协作使用；该处理器在 3 V ，1 MHz，2 5 时正常功耗为 1.1 mA，闲暇模式0.35 mA，掉电模式 1 霢；CC2420通过简洁的四线 SI 、SO、SCLK、CSn 与SPI 兼容串行接口配置，其中 ATmeg的a SPI接口工作在主机模式，它是 SPI数据传输的掌握方， CC2420设为从机工作方式；两者的接口电路如图4所示， 外围再配以晶振及电容、输入、

8、输出匹配元件和电源去耦电容等少量元件；晶振电路采纳的是 8MHz晶振，工作电压选取的是 3.3V ；图4单片机与 CC2420 接口电路RS232串口通信与之间选用工作电压为 3.3 V 的MAX3232电平转换芯片，以完成双向电平和规律关系直接的转换；由于该无线网络要求要具有很强的移动性，故要求其要具有稳固的电源供电且必需是低功耗工作；本文选用5V电池供电，通过 LM1117 将5V电压转换为 3.3V ，从而有效地增加了终端节点的敏捷性和可移动性，携带便利，成本低；欢迎下载精品学习资源图 4单片机与 CC2420 接口电路3 软件设计整个系统的软件设计包括数据采集、通信掌握、监控中心三个部

9、分；其中，数据采集软件运用在无线终端节点的单片机上，主要任务是负责采集温度数据并实现无线收发；通信掌握软件运行在和谐器的单片机之上，掌握无线终端节点系统地依据上位机操作指令进行工作以及传送数据，它是整个系统程序的掌握核 心；单片机的编程语言均采纳 C 语言；监控中心软件运行在服务器上，掌握节点的工作状态，对下位机发送的温度数据进行有效处理，将数据进行显示、保 存、绘图和信息发布等；3 1无线节点软件设计上电，第一是对单片机的端口进行初始化，SPI 接口初始化，以及 CC2420 的内部寄存器进行初始化，其中CC2420 初始化主要是对发送信息指针、频道的选取、 PANID、源地址的操作等；网络

10、构建完毕后，如收到网络和谐器发送到测量指令，就开头采集温度数据，并将数据发送，否就始终处于休眠状态；流程如图 5所示；欢迎下载精品学习资源图 5无线节点流程3.2 网络和谐器软件设计系统上电，对单片机和 CC2420 等硬件进行初始化，建立无线传感器网络，然后设置其为闲暇模式，等待上位机发送的指令，收到就依据指令信息掌握相应的无线节点测温顺发送数据，并将接收到的数据通过串口通信传送给服务器；流程如图 6所示；图 6网络和谐器流程欢迎下载精品学习资源3.3 监控中心软件设计监控中心软件包括数据处理和信息发布两个部分；数据处理模块基于VC+ 6.0实现，其主要工作包括串口通信的收发和数据处理；其中

11、串口通信采纳微软提供的 MSComn控件实现，数据处理与发布服务器通过MSComn控件，可简洁高效地实现与网络和谐器之间的通信；数据收发基于中断方式，设置MSComn控件的 OnComm大事来捕捉数据并处理；数据处理模块带有一个监控软件界面，可实时显示各监测点温度数据、测量时间和温度曲线，能设定温度采集间隔和 报警温度界限值；监测温度数据同时储存到SQL Server数据库以便利用户进行历史数据的查询分析，温度数据表字段包括:Time采集时间 ，Temper 温度值，Position温测终端位置 ；信息发布模块基于 ASP.net 实现，实现过程主要是通过 读取SQL Server 数据库的温

12、度信息表，做成温度信息发布网站部署到 IIS 服务器，然后，用户就可以以拜访网页的形式在任何位置查看任意温测终端的温度信息了；同时， ASP.net 网站仍支持在远程完成类似数据处理模块的监控软件功能，设定某个温测终端的温度采集间隔和报警温度界限值等；4 试验测试本文构造了两个无线监测点来对系统进行性能测试；系统上电，无线网络 建立后，由用户挑选测试节点，温度的测量间隔可由用户任意定义，比如测量 间隔为 30 s ；为便利进行网络测试，各无线监测点用LCD 实时显示测量温度值，监测软件操作界面与实时温度曲线如图7所示；经测试，系统网络通信良好， PC 操作界面上显示的测量数据与 LCD上显示一样；表 2分析了在室内测试的无线节点测量距离与数据传输时间之间关系；由表可知:当无线节点和网络协 调器的距离大于 30 m 时，传输时间相对较长，数据更新比较迟慢；大于50m 时，传输的数据有时会显现纷乱；因此在有障碍物环境下的传输距离为50 m ， 其通信距离明显低于空旷的环境；欢迎下载精品学习资源图 7监测软件操作界面欢迎下载