【摘要】介紹了一種基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程景觀噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。采用軟、硬件相結(jié)合的方式，利用ZigBee無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了可自由設(shè)置定期、定時(shí)開關(guān)噴泉及其配套燈光，對(duì)基于IEEE802.15.4的ZigBee的傳輸協(xié)議進(jìn)行了探討，并對(duì)景觀噴泉的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，低傳輸數(shù)據(jù)速率下的各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)基于802.15.4協(xié)議棧而建立，具備強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和簇狀結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)具有多路路由功能，特別是能夠組成蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的傳感器基于ZigBee星狀拓?fù)?，?jié)點(diǎn)分為傳感節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。傳感節(jié)點(diǎn)由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和單片機(jī)構(gòu)成；匯聚節(jié)點(diǎn)由ZigBee協(xié)調(diào)器充當(dāng)；管理器節(jié)點(diǎn)由一臺(tái)PC機(jī)充當(dāng)。傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)發(fā)其子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)出各種命令并通過RS232接口與管理節(jié)點(diǎn)的通信；管理節(jié)點(diǎn)提供圖形化的操作環(huán)境，負(fù)責(zé)接收用戶的需求以及數(shù)據(jù)的顯示。

每個(gè)噴泉作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，噴泉之間采用星型結(jié)構(gòu)連接，有其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為ZigBee路由器，負(fù)責(zé)與單片機(jī)控制系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)?？梢酝ㄟ^改變時(shí)序或控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制方式的改變，已達(dá)到可顯現(xiàn)各種復(fù)合噴水狀態(tài)的要求。同時(shí)噴泉的設(shè)計(jì)可以多種多樣，本文介紹為一種景觀噴泉造型。

基于ZigBee技術(shù)的景觀噴泉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中使用了無線射頻ZigBee模塊，該模塊功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，且使用ISM2.4G頻段，頻率無需申請(qǐng)，無線網(wǎng)絡(luò)使用是免費(fèi)。

二、硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件采用模塊化的設(shè)計(jì)，主要包括PC控制模塊、ZigBee通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊。ZigBee通信模塊通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接外部Internet網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)的封裝與傳輸；數(shù)據(jù)采集模塊采集各種傳感器輸出的電信號(hào)；單片機(jī)控制模塊控制數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送。以及采集數(shù)據(jù)的處理等等。

2.1MAC與ZigBee模塊的通信

無線傳感器，采用微波段2.4Hz?？蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離（0～1000米）傳送給讀寫器，讀寫器同樣在連接電腦，讀寫器與電腦的連接方式有很多種，分別有RS232、485（485可以選配MODBUS總線或CAN總線等）、TCP/IP、GPRS等等。

2.2PC控制模塊

PC將接受到的信息通過調(diào)整或轉(zhuǎn)換，成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)并加以分析。PC同時(shí)控制單片機(jī)控制電路，并將指令傳送給單片機(jī)，單片機(jī)再控制執(zhí)行單元，諸如電磁閥、電機(jī)等單元。

2.3單片機(jī)控制模塊

選用宏晶科技的STC12C5A08PWM單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，STC12C5A08PWM單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，看門狗，2路PWM，針對(duì)電機(jī)控制，超強(qiáng)抗干擾。片內(nèi)有8KB Flash ROM，1280B RAM，支持ISP。

三、軟件設(shè)計(jì)

為保證系統(tǒng)時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，采用定時(shí)器0，工作于自動(dòng)重裝初值的模式2下，產(chǎn)生250us定時(shí)中斷。設(shè)置一天內(nèi)噴泉的定時(shí)開、關(guān)的時(shí)間點(diǎn)，也可設(shè)置長(zhǎng)期關(guān)閉日期（如學(xué)校假期）。由PC控制端輸入，并在RAM中保存，供控制系統(tǒng)查詢。

噴泉的變化形態(tài)可以有很多種不同設(shè)計(jì)的方案，本系統(tǒng)采用的時(shí)間輪轉(zhuǎn)的方式，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行啟動(dòng)了單片機(jī)內(nèi)部看門狗。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)采用星型拓?fù)浜托枨髸r(shí)喚醒ZigBee模塊的通信方式，有效地降低了每個(gè)ZigBee傳感節(jié)點(diǎn)的功耗，減少了傳感節(jié)點(diǎn)向匯報(bào)節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)相互碰撞的概率；利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗啤igBee技術(shù)與景觀噴泉的結(jié)合有著廣泛的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王妍瑋，于惠力，劉剛. PLC應(yīng)用于噴泉控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)[J].設(shè)計(jì)與計(jì)算，2010，（9）：20-21.

[2]莫建麟，饒懷章. PLC.基于單片機(jī)的時(shí)間控制型景觀噴泉設(shè)計(jì)[J].大眾科技，2009，（6）：20-21.

[3]張毅剛，彭喜元，彭宇. PLC.單片機(jī)原理及應(yīng)用[J].北京：高等教育出版社，2010.5