許琳+賈振國+張勝寶+楊忠亮+李巖松

摘 要：介紹了具有ZigBee無線通信功能的單片機(jī)CC2430的結(jié)構(gòu)和功能，分析了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。通過無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)例，詳細(xì)說明了傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)管理器及測(cè)量終端的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：ZigBee；單片機(jī)；溫度；測(cè)量

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）31-0060-02

Abstract： This paper introduces the structure and function of CC2430 with ZigBee wireless communication function. Analyzes the basic structure and implementation method of ZigBee network. Through the wireless temperature monitoring system examples， descript the sensor nodes， network managers and measurement terminal design methods.

Keywords： ZigBee； single chip microcomputer； temperature

1 CC2430內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳

CC2430單片機(jī)整合了2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee RF收發(fā)機(jī)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型MCS-51單片機(jī)內(nèi)核，是智能化儀器儀表實(shí)現(xiàn)短距離無線通信具有較高性價(jià)比的首選器件。

CC2430有21個(gè)可編程的I/O口，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通用的I/O 口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備I/O 口使用。CC2430的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 基于ZigBee的無線溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 CC2430無線溫度測(cè)量終端設(shè)計(jì)

無線溫度測(cè)量終端由CC2430為核心構(gòu)成，CC2430實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)控電路的控制、A/D轉(zhuǎn)換（或數(shù)字溫度傳感器數(shù)據(jù)讀取）、測(cè)量信息處理、電源控制、人機(jī)交互和ZigBee無線通信等功能。溫度測(cè)量終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

對(duì)于每個(gè)無線溫度測(cè)量終端應(yīng)滿足如下要求：

（1）能夠采用熱電阻或熱電偶溫度傳感器測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，并能對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要的修正和補(bǔ)償。

（2）能夠通過CC2430的I/O口連接SPI或I2C總線的數(shù)

字溫度傳感器，該類傳感器主要用于溫度較低的測(cè)點(diǎn)，如DS18B20的測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，同時(shí)，允許相近溫度測(cè)點(diǎn)用DS18B20總線組網(wǎng)。

（3）能夠與相應(yīng)ZigBee子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行無線雙向通信。

（4）對(duì)溫度數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)真?zhèn)巫R(shí)別、越限檢查、標(biāo)度變換等預(yù)處理，并添加越限等必要標(biāo)識(shí)信息后向協(xié)調(diào)器傳送。

（5）可以根據(jù)需要設(shè)置必要的人機(jī)接口電路，如液晶顯示器和鍵盤等。

（6）具備看門狗、自動(dòng)休眠喚醒等安全和節(jié)能手段。

（7）采用交流、直流和干電池多種供電方式，以適應(yīng)不同測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)的需求。

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即星狀、樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

本系統(tǒng)由一個(gè)協(xié)調(diào)器以及多個(gè)路由器和多個(gè)終端設(shè)備組成。路由器的主要功能是提供接力作用，有效擴(kuò)展信號(hào)的傳輸范圍，路由器在一般情況下都處于活動(dòng)狀態(tài)，不應(yīng)休眠。

終端設(shè)備用來完成具體的溫度檢測(cè)等功能，一般可以用電池供電，可以休眠和喚醒，以延長電池使用壽命。

所設(shè)計(jì)的無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)配電變壓器溫度及主要電纜接頭部位的溫度監(jiān)測(cè)。按照測(cè)點(diǎn)所在廠區(qū)的位置，可以將整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為多個(gè)基于廠區(qū)的ZigBee子網(wǎng)絡(luò)。各ZigBee子網(wǎng)間依據(jù)位置和相鄰關(guān)系采用相同或者不同頻率的信道，以避免信道間的相互干擾和浪費(fèi)信道頻率資源。ZigBee網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)對(duì)各ZigBee子網(wǎng)絡(luò)的管理和配置，ZigBee網(wǎng)關(guān)同時(shí)接受監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)的指令上傳數(shù)據(jù)信息或下達(dá)相關(guān)配置指令。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)和ZigBee網(wǎng)關(guān)之間可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)等形式傳輸，也可以采用ZigBee中繼方式將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。圖4是系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

3 結(jié)束語

采用基于ZigBee技術(shù)的CC2430單片機(jī)構(gòu)成無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)傳輸可靠，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和局部現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)表明，基于CC2430構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)可以滿足各類參數(shù)測(cè)量和實(shí)時(shí)控制的需求，是未來測(cè)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向之一。

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