一种智能温湿度测控系统的设计

2016-08-29河南牧业经济学院信息与电子工程系

电子世界 2016年15期

河南牧业经济学院信息与电子工程系　刘　博

一种智能温湿度测控系统的设计

河南牧业经济学院信息与电子工程系刘博

本设计通过利用ZigBee无线通信技术来构建一个无线传感器网络。该网络通过协调器来处理分析路由器传输的终端节点信息，然后通过上位机显示处理结果，以此达到无线监测温度的目的。该系统可以应用于农业生产中对温度的检测和控制，有效避免了有线网络的布线问题和成本问题。

ZigBee；温湿度监测

1　引言

随着无线网络通信技术的不断发展，新的理论、标准、技术开始大量涌现。在这众多的通信技术中，ZigBee技术表现尤为突出。ZigBee是一种廉价的低功耗近距离无线组网通讯技术，具有自组织、低功耗、低延时、高网络容量、低成本等特点。目前，其已优良的技术特性广泛应用于无线网络通信领域。ZigBee是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用可以根据用户自己的需求订制。该技术主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

在传统的温度监测系统中，节点一般采用有线连接，此方法布线繁琐、移植性和扩展性较差。对于广阔空间环境中的温度采集，采用有线方式的话，成本和功耗问题就显得尤为突出。因此，设计可靠并实用的温度无线监测系统就显得尤为重要。基于此，本文设计了一种智能温湿度监测系统，并从软件和硬件实现了系统的信息采集，该系统可以应用于农业生产中对温度的监测和控制，由于该系统是无线组网，从一定程度上解决了有线网络的布线问题和成本问题，具有一定的实际应用意义。

2　系统设计

2.1总体设计

本系统采用星型网络结构，由一个协调器和多个终端节点组成。节点采用模块化设计，主要包括微处理器模块、无线射频模块、数据采集模块和电源模块。终端节点主要是通过温度传感器测量温度数据，对采集到的数据信息进行处理，并通过无线收发芯片发送给协调器。协调器的主要功能是组建网络和加入节点，并将传感器节点发送的数据通过串口发送给PC机，从而进行实时监测。

2.2节点芯片介绍

节点采用了CC2530芯片，它是专门针对IEEE 802.15.4和ZigBee应用的一个片上系统（SoC）解决方案，具有强大的功能。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，并且拥有RF4CE收发器的优良性能。

2.2.1芯片参数特性

（1）可最大化通信范围的101dBm链路预算；

（2）可最小化干扰源影响的业界一流的选择性；

（3）可最大化电池供电器件使用寿命的灵活低功耗模式；

（4）功能强大的5通道DMA引擎；

（5）用于远程控制应用的IR生成电路；

（6）高达256K的闪存。

2.2.2CC2530外设简介

（1）强大的5 通道DMA；

（2）IEEE 802.5.4 MAC 定时器，通用定时器（一个16 位定时器，一个8 位定时器）；

（3）IR 发生电路；

（4）具有捕获功能的32-kHz 睡眠定时器；（5）硬件支持CSMA/CA；

（6）支持精确的数字化RSSI/LQI；

（7）电池监视器和温度传感器；

（8）具有8 路输入和可配置分辨率的12 位ADC；（9）AES 安全协处理器；

（10）2 个支持多种串行通信协议的强大USART；（11）21 个通用I/O 引脚（19×4 mA，2×20 mA）；

（12）看门狗定时器。

2.3温湿度传感器DHT11

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。图1是DHT11的电路工作原理图，其中引脚3连接的电阻R652不起任何作用，这里保留。DHT11的引脚2通过10K电阻上拉到VCC，此上拉电阻的作用是保证数据线在单片机复位状态时的可确定性。其中C652/C653是去耦电容。