一、ZigBee簡(jiǎn)介

ZigBee是一種基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線協(xié)議，主要應(yīng)用于低速率，低功耗設(shè)備的組網(wǎng)，支持250kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。ZigBee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有省電、可靠、低、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全。

ZigBee設(shè)備為低功耗設(shè)備，其發(fā)射輸出功率為03.6dBm，通信距離為30～70m，具有能量檢測(cè)和鏈路質(zhì)量指示能力，根據(jù)這些檢測(cè)結(jié)果，設(shè)備可以自動(dòng)調(diào)整發(fā)射功率，在保證通信鏈路質(zhì)量的條件下，最低限度地消耗設(shè)備能量。在組網(wǎng)性能上，ZigBee可以構(gòu)造為星形網(wǎng)絡(luò)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。在每一個(gè)ZigBee組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，連接地址碼分為16bit短地址碼或者64bit長(zhǎng)地址碼，具有較大的網(wǎng)絡(luò)容量。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）傳感器電路

1.溫度采集電路

本系統(tǒng)所采用的溫度傳感器型號(hào)為L(zhǎng)M61。該傳感器是一種精密的集成電路溫度傳感器，它由單電源供電，供電電壓為+2.7V。溫度測(cè)量范圍從-300C至+1000C。LM61的輸出電壓與攝氏溫度成線性關(guān)系（+10mV/oC），具有+600mV的直流偏量， 通過(guò)該直流偏量就可以讀出負(fù)溫度而無(wú)需負(fù)電壓供電。

溫度采集電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， LM61只有三個(gè)引腳，一個(gè)供電引腳，一個(gè)輸出引腳，一個(gè)接地引腳。只需在輸出端外接一個(gè)濾波電容就 完成電路的設(shè)計(jì)。該傳感器輸出的數(shù)據(jù)為模擬量，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換就可以讀出溫度值。

2.濕度采集電路

濕度指的是空氣中水蒸氣的含量，其表示方法有絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度等，我 們通常所說(shuō)的濕度是指相對(duì)濕度。相對(duì)濕度的定義是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的 水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比，用RH表示。濕度傳感器的型號(hào)為HSll01的濕敏電容，它獨(dú)特的電容式單元設(shè)計(jì)，適用于那些空間大，要求低成本的場(chǎng)合。比如農(nóng)業(yè)自動(dòng)化，辦公自動(dòng)化以及工控系統(tǒng)等。它還適用于需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。

濕度采集電路以HSll01濕度傳感器充當(dāng)NE555構(gòu)成振蕩器的振蕩電容，再 外接一些電阻構(gòu)成多諧振蕩器電路，從而完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換。用脈沖信號(hào)加 在標(biāo)準(zhǔn)電容和串聯(lián)的電路上，從他們的中點(diǎn)取出信號(hào)，經(jīng)濾波、放大，從而完成 從濕度到電壓的轉(zhuǎn)換。

（二）無(wú)線傳輸模塊的選擇

在設(shè)計(jì)中選擇CC2500無(wú)線射頻模塊。該模塊是在 CC2500的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了PA+LNA，把CC2500和幾個(gè)功率放大器集成到一塊PCB 板上，使得數(shù)據(jù)的傳輸距離得到了提升。

CC2500無(wú)線射頻芯片是一種低成本真正單片的2.4GHz收發(fā)器，工作頻段 設(shè)定為2400MHz～2483.5MHz的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（短距離設(shè)備） 頻率波段。它的性能穩(wěn)定，為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

CC2500的RF收發(fā)器集成了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500Kbps的高度可配置的調(diào) 制解調(diào)器。通過(guò)開(kāi)啟該調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。

CC2500為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量 指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。

（三）無(wú)線射頻模塊與單片機(jī)的連接

CC2500無(wú)線射頻模塊與單片機(jī)MSP430通過(guò)SPI總線接口相連，再加上一些 外圍元器件，就構(gòu)成了無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)。

其中，MSP430作為SPI的主控器件，既承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集和處理，同時(shí)也承擔(dān) ZigBee的通信工作，控制CC2500完成無(wú)線通信。而CC2500作為從器件，只承擔(dān) ZigBee的通信工作，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)。

SPI（Serial Peripheral interface）總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它 可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息，它是Motorola 公司推出的一種高速的、全雙工、同步的串行通訊方式。

（四）硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選擇星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組網(wǎng)方式，手持接收端作為協(xié)調(diào)器，固定采集端作為終端設(shè)備。

手持接收端的電路可具體分為電源部分、實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分、基準(zhǔn)源部分、液晶驅(qū)動(dòng)部分等。

1.電源電路。電源是任何一個(gè)電子系統(tǒng)安全、可靠、正常運(yùn)作的重要保證。這里使用SP6201的電源芯片。SP6201是為準(zhǔn)確、快速、易用 的廣泛應(yīng)用場(chǎng)合而生產(chǎn)地CMOS器件。這種器件可以提供相當(dāng)?shù)偷撵o態(tài)電流，即 使在負(fù)載的情況下，電流也只是輕微的增大一些。因此較雙極器件，可以提供更好的效果。

2.實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。本系統(tǒng)的時(shí)鐘電路采用的是美國(guó)DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DSl302。

三、軟件設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)使用的微處理器是MSP430單片機(jī)，因此，我們使用C430語(yǔ)言作 為編程的工具，本系統(tǒng)的程序采用自上而下的設(shè)計(jì)思想，整個(gè)軟件系統(tǒng)分為兩大部分：采 集端軟件系統(tǒng)和接收端軟件系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)傳輸是這樣一個(gè)過(guò)程：首先手持端發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)給采集端，采 集端收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)后，返回一個(gè)成功信號(hào)給手持端。如果請(qǐng)求失敗，則繼續(xù) 發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息，直到請(qǐng)求成功。接著采集端發(fā)送第一幀數(shù)據(jù)，接收端成功接 收到第一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，示意采集端繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。如果手持 端沒(méi)有收到第一幀數(shù)據(jù)，則不發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，繼續(xù)等待第一幀數(shù)據(jù)。而采集端沒(méi) 有收到確認(rèn)信號(hào)，則不進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送，繼續(xù)發(fā)送第一幀數(shù)據(jù)。接收端接 收完數(shù)據(jù)后，就可以結(jié)束工作了。而對(duì)于采集端，在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，繼續(xù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)的采集。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)軟硬聯(lián)調(diào)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與顯示，通過(guò)串口可以將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)及路由效果良好，在短距離內(nèi)，星形網(wǎng)絡(luò)的連接通暢，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間能實(shí)現(xiàn)通信.缺點(diǎn)是未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須以主控器為中心，不利于動(dòng)態(tài)使用。

本項(xiàng)目完成了無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)和底層硬件的具體實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到了預(yù)期要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等性能都滿足實(shí)際需求。該系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)具體要求在數(shù)據(jù)采集模塊上進(jìn)行相應(yīng)傳感器的擴(kuò)充以完成特定數(shù)據(jù)采集。