岳彥名

摘 要：隨著時代的不斷進步，帶動著社會的不斷發(fā)展，單片機技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)已經(jīng)滲透到我們生活、工作、教育、科研等各個領(lǐng)域，已然成為一種比較普遍的技術(shù)。在日常生活中，溫度和溫差對我們的生活都有非常大的影響。據(jù)此本文基于CC2530 芯片作處理器，使用DS18B20溫度傳感器采集外部環(huán)境數(shù)據(jù)并通過處理器進行比對分析，結(jié)合ZigBee 協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊傳輸數(shù)據(jù)，并通過蜂鳴器報警以達到溫度報警的應用效果。為相關(guān)設(shè)計方向者提供一個較好的實踐案例。

關(guān)鍵詞：單片機;ZigBee;溫度報警;DS18B20

1 主控制器模塊

本系統(tǒng)的核心是采用CC2530單片機實現(xiàn)和控制溫度報警功能以及認為設(shè)定額定數(shù)值進行數(shù)據(jù)比對。單片機具有其獨特的優(yōu)點——簡單、方便、快速的控制。以本系統(tǒng)來看，其關(guān)鍵點在于能夠?qū)崿F(xiàn)當溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)通過ZigBee組網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，通過達到額定比值時開啟報警的功能。本實驗的核心CC2530 單片機結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其它強大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進一步確保了低能源消耗[1]。且該單片機售價低，擁有ZigBee協(xié)議棧，為本系統(tǒng)提供了良好的ZigBee組網(wǎng)連接解決方案。

2 溫度測量及比對模塊及報警模塊

2.1 溫度測量及比對

使用DS18820采集現(xiàn)實環(huán)境中的實際溫度，再將采集到的溫度信號輸出轉(zhuǎn)化為數(shù)字化，這一轉(zhuǎn)化使得單片機處理和控制這些信號將會變得非常方便，即可以省略很多傳統(tǒng)測溫方法的復雜的外圍電路，也可以省去很多不必要的麻煩的錯誤。該傳感器具有極其穩(wěn)定的物理和化學性質(zhì)，可用作工業(yè)測溫元件，并具有良好的線性形狀，其測量溫度的范圍為：-55℃——125℃，其中-10℃——85℃的精確度是±0.5℃[2]。并且DS18B20溫度傳感器具有單總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，其測量的溫度也是通過單接口總線傳輸，這樣的傳輸方式不僅提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，并且使其具有了面對各種環(huán)境的能力。我們使用CC2530單片機對其進行控制，且單片機CC2530軟件編程的開放度大，可自由編程實現(xiàn)多種算法以及邏輯控制，除此之外，CC2530單片機不僅能控制多個DS18B20模塊，還能加入ZigBee組網(wǎng)，并通過組網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

設(shè)置溫度比對的方法是通過代碼編寫方式，以CC2530單片機結(jié)合DS18B20溫度傳感器作為終端的方式加入組網(wǎng)，因此代碼的編寫在終端上設(shè)置額定值，當采集溫度值通過比對，若達到額定預設(shè)值時，報警，若沒有達到額定預設(shè)值，則繼續(xù)監(jiān)測。

2.2報警模塊

為了簡化電路以及方便程序的調(diào)試，以蜂鳴器作為本系統(tǒng)的報警裝置。蜂鳴器由溫度傳感器控制，當溫度變化達到額定值時，蜂鳴器打開并開始報警。

3 ZigBee組網(wǎng)模塊

組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要兩個步驟： 網(wǎng)絡(luò)初始化 ，節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)。其中節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)又包括兩個步驟：通過與協(xié)調(diào)器連接入網(wǎng)和通過已有父節(jié)點入網(wǎng)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點主要包含三個：終端節(jié)點、路由器節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點[3]。

（1）協(xié)調(diào)器節(jié)點：ZigBee協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點，負責組建、維護和管理網(wǎng)絡(luò)，并通過串口實現(xiàn)各節(jié)點與上位機的數(shù)據(jù)傳遞;

（2）路由器節(jié)點：負責轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)資料包，進行數(shù)據(jù)的路由路徑尋找和路由維護，允許節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)并輔助其子節(jié)點通信;

（3）終端節(jié)點：終端節(jié)點可以直接與協(xié)調(diào)器節(jié)點相連，也可以通過路由器節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點相連。

本設(shè)計通過ZigBee組網(wǎng)組建星型拓撲網(wǎng)絡(luò)，由一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和一個或多個終端設(shè)備節(jié)點組成，所有的終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)初始化和已有父節(jié)點直接加入網(wǎng)絡(luò)。

4 實驗與測試分析

4.1 實驗過程

本設(shè)計使用C語言進行整個系統(tǒng)的開發(fā)，其關(guān)鍵在于對組網(wǎng)各個節(jié)點的接入，以及溫度傳感器作為終端加入網(wǎng)絡(luò)，使溫度傳感器代碼接口具有終端節(jié)點特性，本設(shè)計使用兩臺CC2530單片機，一臺結(jié)合溫度傳感器以終端形式接入網(wǎng)絡(luò)，另一臺以協(xié)調(diào)器創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。待網(wǎng)絡(luò)組建成功之后，將分別在炎熱，寒冷等各種模擬環(huán)境中進行實驗測試驗證。

4.2 實驗數(shù)據(jù)分析

對實驗數(shù)據(jù)進行記錄，分析發(fā)現(xiàn)。被測試環(huán)境在測試過程中通過實驗可知。溫度報警器具有靈敏，及時的測量效果，但同時還是存在一定的誤差。由于實驗環(huán)境簡陋，外界環(huán)境中存在的影響因子大大增加，如溫度傳感器不能精準的采集外界環(huán)境的溫度數(shù)值，網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)較慢等，但總體實驗測試結(jié)果正確率高達89.3%。通過實驗可知，基于CC2530溫度報警器表現(xiàn)效果良好，可以為相關(guān)設(shè)計方向的類似產(chǎn)品提供參考。

5 總結(jié)

本溫度報警器，通過CC2530單片機為核心實時檢測溫度傳感器DSl8820發(fā)出的數(shù)字信號，并對DSl8820獲得的數(shù)據(jù)信號進行處理，以達成溫度報警的效果。啟動后，則進行外部環(huán)境溫度監(jiān)測以及到達額定比對數(shù)值時報警。本儀器的溫度檢測精度控制可在0.1℃以內(nèi)，精確度極高。它還具有掉電保存功能，當系統(tǒng)意外斷電后，數(shù)據(jù)將自動保存在單片機內(nèi)部EEPOM中，方便重新上電后的查詢。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，實驗結(jié)果可觀，可應用于預防火災發(fā)生的各種環(huán)境中。本設(shè)計是一個很好的實踐案例。

參考文獻：

[1] 百度百科， CC2530 [OL].

[2] 百度百科， DS18B20 [OL].

[3]謝艦鋒.物聯(lián)網(wǎng)下室內(nèi)溫度智能控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2018，26（16）：67-71.