基于CC2530的无线温度采集系统设计

聂晓立　高小龙

摘要：针对传统温度采集系统存在的各种不足，例如测量准确率低、有线传输、测量线路复杂等问题，该文设计了基于CC2530的无线温度采集系统设计方案。该方案选用DS18B20芯片作为温度采集模块，選用CC2530作为主控芯片实现模块控制、无线数据传输的功能。实验结果表明：该系统能够实现温度信息的实时采集和无线传输，具有体积小、准确度高、实时性等优点。

关键词：无线传感器网络；温度采集；CC2530；DS18B20

中图分类号：TP31 文献识别码：A 文章编号：1009-3044（2015）08-0215-03

Abstract： Aiming at all kinds of traditional temperature acquisition system， problems such as low accuracy， measurement， measurement of cable transmission line is complex， the design scheme of wireless temperature acquisition system based on CC2530. It chooses the DS18B20 chip as the temperature collection module， using CC2530 chip as the master control module， wireless data transmission function. The experimental results show that： the real-time acquisition and wireless transmission. The system can achieve the temperature information， has the advantages of small size， high accuracy， real-time performance.

Key words： wireless sensor network； temperature collection； CC2530； DS18B20

温度采集和测量在日常生活中有很重要作用， 当前主要还是以温度传感器作为主要测量手段， 如热敏电阻、热电偶以及一些数字传感器等。在传送过程中， 仍然以有线传输为主。所以传统方法只适用于对测量要求要求不太高的场合[1]。针对这一问题， 本文设计了基于CC2530的无线温度采集系统。

1 系统总体设计

1.1 设计思路

在无线温度采集系统中，对系统的低功耗、精确度、实时性有较高要求，通过对蓝牙技术、ZigBee技术和WiFi技术的研究，选用以IEEE802.15.4协议为基础的ZigBee技术 [2]，ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA 和GSM 网络。ZigBee 数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m 到几百米、几公里，并且支持无限扩展。同时，结合嵌入式系统的发展及其特点，完成了硬件和软件设计，最后进行系统测试，建立了一套实时温度采集系统[3]。

1.2 系统组成及工作原理

根据系统的总体分析，利用模块化设计思想，将系统分为温度采集、接收、数据显示三个模块。系统的工作原理是：温度采集模块对环境温度进行实时采集，然后把采集到的温度信息通过射频发送到协调器模块上，最后协调器模块通过RS232总线传到上位机进行显示。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件结构框图

本文以CC2530芯片为核心芯片[4]，完成温度信息的采集和发射功能；以DS18B20芯片作为温度采集模块，对环境温度进行采集；协调器对采集到的温度信息进行接收，在上位机上通过串口调试软件SSCOM显示采集到的温度信息。其硬件电路结构图如图1所示。

2.2 温度采集模块

DS18B20是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够提供9-12位摄氏温度测量，并且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20很受欢迎。它的测温范围为-55～+125℃，并且在-10～+85℃精度为±5℃。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。

DS18B20的引脚接口图2所示

其中1为接地接口，2位数字接口，用来信号的输入输出，3为电源接口。

2.3 接收模块

接收模块选用TI公司生产的CC2530芯片作为系统的核心器件。CC2530是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE的一个真正的片上系统解决方案。它能够建立强大的网络节点通过较低的材料成本。CC2530具有优良的RF收发器性能，具有业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程内存，8-Kb RAM 和许多其他强大的功能。CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。其外围电路如图3所示。

2.4 显示模块

显示系统接到PC机上，通过串口调试软件SSCOM显示数据信息。

2.5 电源模块

在电源选择时主要考虑采集节点的低功耗，本设计选用3.3V的锂离子电池作为电源，由于系统功耗低的特点，锂离子电池足以完成系统的长期供电。

3 系统软件设计

系统软件设计是系统设计中的重要环节[6，7]。温度采集模块能够采集节点温度并把数据传输到协调器模块上。温度采集模块是终端设备节点，它们之间不能通信，只能与协调器节点通讯。终端节点加电后，首先完成CC2530芯片的初始化工作，并对定时器和终端进行设置，然后启动DS18B20进行温度信息的采集，把采集到的信息通过射频发送；如果协调器收到发送的信息，终端节点需要再次发送；如果协调器没有收到发送的信息，则关闭电源，终端节点停止工作，等待下一次温度的采集和发送。最后协调器把温度信息发送至PC机。

系统的软件流程如图4所示。

4 功能测试

4.1 硬件、软件准备

首先連接温度采集终端模块，把锂离子电池、XWWK-CC2530A 模块连接，温度传感器DS18B20集成在XWWK-CC2530A 模块上。然后连接接收设备，把XWWK-CC2530A 模块、专用主板通过过MiniUSB 线连接计算机，安装好驱动。在计算机上通过IAR Embedded Workbench 7.51A软件对温度接收模块和接收模块进行程序烧录，写入程序方法如下：

打开IAR Embedded Workbench软件，并打开 Workspace，选择试验工作空间文件cc2530_sw_examples.eww，如图5所示：

选择要试验的工程，本次试验共需要两个工程：分别是传感器采集模块SensorDataTX 和数据接收模块DataRX，如图6所示。

编译工程文件，选择Project – 〉Rebuild All，编译若没有错误，按下Debug，将程序写入相应的模块。SensorDataTX 工程写入传感器底板模块，数据接收模块DataRX写入红色主板模块。

4.2 测试结果

把接收端模块通过MiniUSB 线连接计算机，安装好驱动，形成串口号。打开串口调试助手如图7所示，选择刚刚安装的虚拟USB串口号，波特率57600，其它设置参考图7。

将另外一个模块插入传感器底板（绿色），打开电源开关，每隔3s左右，会自动上传一次温度数据。使用手指捏住温度传感器一会，温度会明显上升。

5 结束语

本文对基于CC2530无线温度采集系统进行了设计，首先介绍了系统的整体设计思路，各个模块的组成原理，并分别设计了系统的软件和硬件，完成了系统的调试。实验结果表明，此系统利用无线传感器网络技术，能够完成对温度的实时采集，具有体积小、准确度高的优点；完成了系统功能测试，同时使系统的实现更加方便、经济。

参考文献：

[1] 邓中华.基于ZigBee 的无线温度采集系统设计[J].计算机工程与科学，2011， 33（6）：164-167.

[2] 高守玮，吴灿阳.ZigBee技术实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009： 27-30.

[3] Zhu X J，Ying S D，Ling L.Multimedia sensor networks design for smart home surveillance[C]//2008 Chinese Control and Decision Conference，2008：431-435.

[4] 冯 禹，孔祥金，林语，等.基于CC2530的无线温度采集系统设计[J].电子技术设计与应用， 2013（7）：40-42.

[5] 张军.智能温度传感器DS18B20 及其应用[J].仪表技术，2010（4）：68-70.

[6] 赖麒文.单片机C语言软件设计的艺术[M].北京：科学出版社，2002：56-60.

[7] 李正民，张兴伟，柳宏川.基于CC2530的温湿度监测系统的设计与实现[J].测控技术，2013， 32（5）：25-28.