辛 光，周 鵬

（吉林省水文水資源局長(zhǎng)春分局，吉林 長(zhǎng)春 130022）

1 Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介

ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。它依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它們的通信效率非常高。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75 m到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展。ZigBee是一個(gè)由可多到65 000個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無(wú)線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75 m無(wú)限擴(kuò)展。

2 Zigbee技術(shù)特點(diǎn)

1）低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6～24月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。

2）低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議（不到藍(lán)牙的1/10），降低了對(duì)通信控制器的要求。

3)低速率。ZigBee工作在20～250 kbps的較低速率，分別提供 250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915 MHz）和20 kbps（868 MHz）的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

4）近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。

5）短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。

6）高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。

3 基于Zigbee技術(shù)的雨量測(cè)控系統(tǒng)組成

3.1 Zigbee 模塊（2530）參數(shù)

輸入電壓：DC 3.3 V，范圍2.6～3.6 V；溫度范圍：-40～85 ℃；無(wú)線頻率：2.4 G（2 460 MHz）；傳輸距離：可視，開(kāi)闊，傳輸距離1 600 m。

3.2 單片機(jī)

單片機(jī)又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器（MCU）代替單片微型計(jì)算機(jī)（SCM）這一名稱?！拔⒖刂破鳌备芊从硢纹瑱C(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。

單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：具有優(yōu)異的性能價(jià)格比；集成度高、體積小、可靠性高；控制功能強(qiáng)；低電壓，低功耗。

3.3 RS485串口通信特點(diǎn)

1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2～6）V 表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2～6）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

2）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10 Mbps。

3）RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4）RS-485最大的通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100 kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)組成部分全部由太陽(yáng)能供電，Zigbee模塊通過(guò)單片機(jī)主控系統(tǒng)與雨量計(jì)相連。系統(tǒng)中的通信采用RS485通信協(xié)議。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，單片機(jī)主控系統(tǒng)做為連接雨量計(jì)和通信模塊的設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算功能全部由其實(shí)現(xiàn)。按預(yù)先編好的程序，對(duì)雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)好的雨量存儲(chǔ)到與之相連的存儲(chǔ)器中并將此時(shí)段降雨數(shù)據(jù)發(fā)送至Zigbee通信模塊，由通信模塊傳送至上一級(jí)系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)框圖

考慮到雨量點(diǎn)布控的密度大的特點(diǎn)，需要大量的通信模塊，這就要求在若干個(gè)模塊的布控范圍內(nèi)設(shè)立一臺(tái)中轉(zhuǎn)站，即路由器裝置，由每一臺(tái)路由器收集其范圍內(nèi)的各通信模塊所傳來(lái)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)收集后再次傳到上一級(jí)系統(tǒng)，或是上一級(jí)路由或是數(shù)據(jù)中心，將雨量傳輸給上一級(jí)系統(tǒng)同時(shí)與上一級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間校核，保證各級(jí)子系統(tǒng)的時(shí)間與數(shù)據(jù)中心的時(shí)間保持一致。

4 應(yīng)用前景

Zigbee無(wú)線通信技術(shù)做為短距離的無(wú)線通信技術(shù)在眾多領(lǐng)域內(nèi)都有越來(lái)越大的作用，其性價(jià)比高的特點(diǎn)使其被廣泛的接受，利用Zigbee蜂窩無(wú)線通信特性是增加雨量點(diǎn)布控范圍并降低成本的一種切實(shí)有效的手段。利用Zigbee技術(shù)在水位監(jiān)測(cè)、森林防火監(jiān)測(cè)、倉(cāng)庫(kù)報(bào)警監(jiān)測(cè)、樓宇自動(dòng)化以及眾多需要范圍廣、密度大的情況下，由于其密度大的特點(diǎn)、使數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心的定位準(zhǔn)確性大大提高，起到非常好的效果。

[1]周怡頤，凌志浩，吳勤勤.Zigbee無(wú)線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].自動(dòng)化儀表，2008（6）.

[2]瞿雷.一種新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)ZigBee[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007（01）.

[3]張迎新.單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003，4.

[4]周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011，2.