ZigBee单片机CC2430在无线温度测量系统中的应用

许琳+贾振国+张胜宝+杨忠亮+李岩松

摘 要：介绍了具有ZigBee无线通信功能的单片机CC2430的结构和功能，分析了ZigBee网络的基本结构和实现方法。通过无线温度监测系统实例，详细说明了传感器节点、网络管理器及测量终端的设计方法。

关键词：ZigBee；单片机；温度；测量

中图分类号：TP23 文献标志码：A 文章编号：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内部结构及引脚

CC2430单片机整合了2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee RF收发机和工业标准的增强型MCS-51单片机内核，是智能化仪器仪表实现短距离无线通信具有较高性价比的首选器件。

CC2430有21个可编程的I/O口，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通用的I/O 口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O 口使用。CC2430的内部结构框图如图1所示。

2 基于ZigBee的无线温度测量系统设计

2.1 CC2430无线温度测量终端设计

无线温度测量终端由CC2430为核心构成，CC2430实现对测控电路的控制、A/D转换（或数字温度传感器数据读取）、测量信息处理、电源控制、人机交互和ZigBee无线通信等功能。温度测量终端的硬件结构框图如图2所示。

对于每个无线温度测量终端应满足如下要求：

（1）能够采用热电阻或热电偶温度传感器测量现场温度，并能对温度测量结果进行必要的修正和补偿。

（2）能够通过CC2430的I/O口连接SPI或I2C总线的数

字温度传感器，该类传感器主要用于温度较低的测点，如DS18B20的测温范围为-55℃～+125℃，同时，允许相近温度测点用DS18B20总线组网。

（3）能够与相应ZigBee子网的网络协调器进行无线双向通信。

（4）对温度数据能够进行数据真伪识别、越限检查、标度变换等预处理，并添加越限等必要标识信息后向协调器传送。

（5）可以根据需要设置必要的人机接口电路，如液晶显示器和键盘等。

（6）具备看门狗、自动休眠唤醒等安全和节能手段。

（7）采用交流、直流和干电池多种供电方式，以适应不同测温现场的需求。

2.2 ZigBee网络结构设计

ZigBee网络有三种网络拓扑结构，即星状、树状和网状网络结构，如图3所示。

本系统由一个协调器以及多个路由器和多个终端设备组成。路由器的主要功能是提供接力作用，有效扩展信号的传输范围，路由器在一般情况下都處于活动状态，不应休眠。

终端设备用来完成具体的温度检测等功能，一般可以用电池供电，可以休眠和唤醒，以延长电池使用寿命。

所设计的无线温度监测系统主要应用于工业园区配电变压器温度及主要电缆接头部位的温度监测。按照测点所在厂区的位置，可以将整个监测区域划分为多个基于厂区的ZigBee子网络。各ZigBee子网间依据位置和相邻关系采用相同或者不同频率的信道，以避免信道间的相互干扰和浪费信道频率资源。ZigBee网关负责对各ZigBee子网络的管理和配置，ZigBee网关同时接受监控中心计算机的指令上传数据信息或下达相关配置指令。监控中心计算机和ZigBee网关之间可以采用现场总线或以太网等形式传输，也可以采用ZigBee中继方式将数据远传。图4是系统的网络结构示意图。

3 结束语

采用基于ZigBee技术的CC2430单片机构成无线温度监测系统，具有网络结构简单，数据传输可靠，抗干扰能力强等特点，通过实验室调试和局部现场调试试验表明，基于CC2430构成的测量系统可以满足各类参数测量和实时控制的需求，是未来测控网络发展的方向之一。

参考文献：

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