基于ZigBee和VC6.0的无线温度采集系统

王玉菡，曾自强，陈鸿雁，徐　霞

(1.重庆理工大学 电子信息与自动化学院，重庆　400054；2.川庆钻探工程有限公司测井公司，重庆　400021)



基于ZigBee和VC6.0的无线温度采集系统

王玉菡1，曾自强2，陈鸿雁1，徐霞1

(1.重庆理工大学 电子信息与自动化学院，重庆400054；2.川庆钻探工程有限公司测井公司，重庆400021)

摘要：为了适应现场环境,满足低功耗等特殊要求，设计了一种基于ZigBee和VC6.0的无线温度采集系统。该系统下位机以CC2530为核心，负责采集发送温度数据；上位机采用VC6.0编程，实现了温度数据的实时显示和存储。

关键词：ZigBee;VC6.0;温度;CC2530

在实际应用中，常常需要对被监测对象的基本状态进行实时监控，如温度监测。随着无线通讯技术的广泛应用，对物理状态的短距离无线监控变得越来越频繁，而且要求无线传感器作为终端节点能够长时间工作且价格低廉。ZigBee技术可以满足这些要求，其特点是低功耗、低成本[1-15]。笔者设计了一个基于ZigBee技术的无线温度采集系统。该系统下位机的硬件采用CC2530芯片作为温度采集和无线收发的核心；软件采用由ZigBee协议栈里的温度采集实例SensorDemo改写而来的程序，以发送温度传感器LM35AH采集的数据；上位机的软件采用VC6.0进行开发，使用GigaSoft公司的ProEssentials DLL来绘制温度实时曲线图。

1系统总体设计

ZigBee节点有3种身份：协调器、路由器和终端。协调器是整个网络的控制者，主要负责建立新网络、初始化网络、管理网络各个节点等，且1个网络之中只能有1个协调器；路由器用于多路路由，自身也可作为终端，路由器之间可以相互传送信息；终端作为终点，只负责将采集到的数据向路由传送。

ZigBee有3种不同的拓扑网络类型：星型、树型和网状[16]。星形网络有一个中心节点，所有消息都经它传输。树型网络有一个顶端节点，下面有“枝”有“叶”，消息先上行再下传。网状网络与树型网络相似，但某些“枝”和“叶”可直接链接。本研究采用星型网络，总体设计框图如图1所示：3个终端分别采集各自的温度，随后将数据无线发送给协调器，协调器经USB接口将数据传送给PC，最后实现PC显示和保存数据[17]。

图1　系统总体设计框图

2系统下位机硬件设计

2.1CC2530简介

CC2530 是用于 IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE的一种片上系统(SoC)解决方案[18]，具有以下特点：① 低功耗，具有多种运行模式，且不同模式之间的相互转换时间很短；② 功能强大，集8051可编程单片机、ADC、无线通讯模块和闪存于一体，外围电路少；③ 应用广，适用于短距离、低传输率、低功耗的场所，诸如智能家居、汽车等。

2.2协调器串口转换电路设计

协调器是ZigBee网络的核心。当一个网络建成并初始化后，终端节点通过无线网络将采集到的温度数据发送给协调器，协调器接收到数据后再通过串口送往计算机。协调器和计算机之间通过串口USB转换芯片CH340建立通讯。CH340是一个USB总线的转接芯片，能实现USB转串口、USB转IrDA红外等功能。转换电路如图2所示。

图2　CH340转换电路

2.3终端节点温度采集电路设计

终端节点主要负责对环境温度的实时采集，并把采集到的温度数据无线发送给协调器。由于CC2530自身内部集成的温度传感器采集的温度精度不高且为非线性，所以必须外接一个温度传感器。本研究采用LM35AH。

LM35AH是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一[19]，它把温度传感器和放大电路集成在一起，具有以下特点：① 具有较高的工作精度和较宽的线性工作范围；② LM35AH的输出电压与摄氏温度成线性比例；③ 使用时无需外围元件，无需外部校正，工作精度高，在室温下可以提供(±0.25)℃的精度；④ 电压输入范围宽(4～20 V)，有2种电源模式(正负双电源和单电源)，正负双电源模式可测量负温度。本研究无需测量负温度，所以采用单电源供电模式。LM35AH原理如图3所示。LM35AH输出电压信号经过一个运算放大器后进入一个A/D器件进行转换，之后经锁存器与CC2530相连。

图3　LM35AH原理

3下位机软件设计

下位机软件开发平台采用IAR for8051，协议栈为ZStack-CC2530-2.5.1a，软件程序由TI自带的测温实例程序SensorDemo改写而成。协调器和终端的流程如图4、5所示。终端负责采集温度，当收到协调器查询命令时，采集并无线发送数据；协调器负责接收数据并将数据通过USB传给PC[19-21]。

图4　协调器流程

图5　终端流程

4上位机软件设计

上位机软件采用VC6.0作为软件开发平台。采用第三方通讯类CSerialPort来读写串口，然后使用GigaSoft公司的ProEssentials DLL来绘制温度实时曲线图，最后使用ADO技术实时存储数据，以便后续的数据处理。图6是上位机软件功能框图。

图6　上位机软件功能框图

ProEssentials是Gigasoft公司开发的一个功能十分强大的工控图表[22]。它可以很轻松地绘制出二维和三维曲线，也可以绘制出如饼状图和柱状图等的其他图表，还可以实现用鼠标拖动图形进行旋转等功能。ProEssentials的使用也很方便，只需将PEGRP32C.DLL拷贝到System32目录下，再在“工程设置”的Link中添加PEGRP32C.lib，最后在“工程”里添加头文件Pegrpapi.h即可。图7是温度实时曲线显示界面。值得注意的是：如果使用时间驱动ProEssentials绘制曲线，时间设置不能低于1 s，否则绘制出的曲线将不正确，所以ProEssentials适用于低采样率曲线的绘制。

图7　温度采集软件界面

5结束语

利用ZigBee的低功耗特性设计了一种基于ZigBee网络和VC6.0开发平台的无线温度采集系统，介绍了数据的采集、发送、显示过程。实验调试结果表明：该系统达到了设计要求,运行性能稳定，效果良好。

参考文献：

[1]蒋峰,赵伟.ZigBee技术在温室无线监测系统中的应用[J].农化机研究,2013(9):218-222.

[2]闫德立,胡立强,高占风.基于ZigBee技术无线温度监控系统的设计与实现[J].物流工程与管理,2009,31(7):64-65.

[3]唐松，尼玛扎西，高定国． 无线传感器网络在青藏铁路冻土监测领域的应用[J]． 重庆理工大学学报(自然科学)，2015(5):112-118.

[4]曹建玲，余俊，王路路.任智一种能量高效的无线传感器网络分簇路由协议[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2014(2):150-154.

[5]李亮，曹婷婷.基于ZigBee技术的无线红外CO检测仪[J].激光杂志，2015(1)：68-69，73.

[6]付华，黄嵩，丁柏闻，等.基于ZigBee 技术的输液监控系统的设计与实现[J].压电与声光，2013(5):756-759.

[7]周莹.改进遗传算法优化无线传感器网络路由算法[J].激光杂志，2015(1)：113-116.

[8]唐松，尼玛扎西，格桑多吉，等． ZigBee 无线传感器网络在西藏粮仓监测中的应用[J]． 重庆理工大学学报(自然科学)，2014(8):92 -97.

[9]刘浩,陈自力.基于CC2430的ZigBee温度采集传输软件设计[J].科技信息，2009(26):228-229.

[10]王翠茹,于祥兵,王成福.基于ZigBee技术的温度采集传输系统[J].仪表技术与传感器,2008(7):103-105.

[11]陈克克,岳青,彭燕，等.基于ZigBee的温室无线传感器节点设计与实现[J].农机化研究.2011,33(2):93-96.

[12]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年,33(6):164-167.

[13]黄传胜,王娜娜,黄丹丹.基于ZigBee无线传感器网络的温度测量[J].现代电子技术.2011,34(22):52-54.

[14]刘渝灿.基于CC2430片内温度传感器温度检测系统的设计[J].中国仪器仪表.2008(7):40-41.

[15]王钧,李广.基于无线传感器网络的农产品储运控制系统[J].自动化与仪器仪表,2015(4):116-120.

[16]霍峰,王长松,巩宪锋，等.基于ZigBee和LabVIEW的多功能数据采集系统[J].微计算机信息,2008,27(7):82-85.

[17]丁凡,周永明.基于ZigBee的多路温度数据无线采集系统设计[J].仪表技术与传感器,2013(8):72-73.

[18]张猛,房俊龙.基于ZigBee的温室远程监控系统设计[J].自动化技术与应用,2012,31(2):32-36.

[19]李志宇,肖前贵.基于LM35温度传感器的温控系统设计.微计算机信息,2004年,20(9):51-52.

[20]马巧娟,郑萍,王晓光，等.基于ZigBee和LabVIEW的多点无线温湿度采集系统[J].中国仪器仪表,2009,20(4):49-52.

[21]吴呈瑜,孙运强.基于ZigBee技术的短距离无线数据传输系统[J].仪表技术与传感器,2008(5):38-39.

[22]张峰,丁永刚.采用 ProEssentials 实现工业生产数据图形化显示[J].软件导刊,2009,8(8):180-182.

(责任编辑杨黎丽)

Design of Wireless Temperature Acquisition System Based on ZigBee and VC6.0

WANG Yu-han1，ZENG Zi-qiang2，CHEN Hong-yan1，XU Xia1

(1.College of Electronic Engineering and Automation, Chongqing University of Technology,Chongqing 400054, China; 2.Well Logging Company,Chuanqing Drilling Engineering Company Limited, Chongqing 400021, China)

Abstract:In order to adapt the site environment and meet some special requirements such as the low power consumption, a wireless temperature acquisition system based on ZigBee and VC6.0 was designed. The CC2530, which can collect and send temperature data, was taken as the center of the control computer. The software of the host PC was programmed by VC6.0, which can achieve real-time data display and storage temperature.

Key words：ZigBee; VC6.0; temperature; CC2530

收稿日期：2016-01-09

基金项目：重庆市教委科技项目(KJ1500935 );重庆理工大学青年科研项目星火支持计划(2014XH10，2014XH12)

作者简介：王玉菡(1981—)，女，河北冀州人，硕士，主要从事智能仪器研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.05.019

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1674-8425(2016)05-0108-04

引用格式：王玉菡，曾自强，陈鸿雁，等.基于ZigBee和VC6.0的无线温度采集系统[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2016(5):108-111.

Citation format：WANG Yu-han，ZENG Zi-qiang，CHEN Hong-yan,et al.Design of Wireless Temperature Acquisition System Based on ZigBee and VC6.0[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(5):108-111.