基于ZigBee的无线温湿度监控系统设计

袁思捷 邹云峰

摘 要：本设计利用ZigBee协议构建一个无线传感器网络系统。传感器节点采集各位置的温湿度数值，通过ZigBee协议经无线网络传输到上位机，上位機可以实时显示各传感器节点的温湿度值，并根据各监控点不同的温湿度要求设置不同的温湿度报警值。

关键词：ZigBee 无线温度监控 系统设计

中图分类号：TP274.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0022-02

随着计算机技术、信息技术以及无线移动通信技术的迅速发展，各种新的无线网络通信技术不断涌现，如2G、3G、4G等移动通信技术以及Bluetooth、Z-wave、WiFi、RFID、ZigBee等无线短距离通信技术，它们越来越被人们所熟悉和应用。然而，这些无线通信技术的设备系统复杂度不同，功耗差异较大、成本差异较大，它们有各自的使用领域。在数据采集系统、智能家居等领域ZigBee是最好的选择。其中ZigBee作为一种低复杂度、低功耗、低成本的低速率无线连接技术越来越被人们所重视，应用ZigBee技术的无线设备已成为业界的一个热点。本文设计一种基于ZigBee的温湿度监控系统，利用CC2530通信模块组建无线个域网络，并实现了数据的传输与保存。

1 基于ZigBee的无线温湿度监控系统方案设计

无线网络有多种，比如蓝牙、WiFi。但是用蓝牙或WiFi用于温湿度监控系统中传输数据缺点非常明显，若用蓝牙4.0组网节点数非常有限不能超过15个节点，没有网络自愈功能。若用WiFi组网能力差、功耗高、安全性低。本设计用ZigBee构建树形拓扑结构无线个域网，其优势在于功耗低，自组网能力强，抗干扰能力比蓝牙强。ZigBee网络节点硬件的核心是微处理器。微处理器模块在无线收发模块的协作下完成ZigBee网络的建立与维护，数据采集与处理。本设计采用TI公司的最新的CC2530f256芯片，它集微处理器模块和无线收发模块于一体。系统结构框图如图1所示。

2 监控系统的硬件部分

系统由协调器、路由器、终端和上位机组成。其中协调器由无线收发模块CC2530、电源、CH340转换电路组成。其作用是建立无线个域网，汇聚终端收集的温湿度数据，通过CH340转换电路与上位机进行串口通信。路由器由无线收发模块CC2530、电源组成，其作用是为数据传输提供多跳，提高数据的传输距离。终端由无线收发模块CC2530、电源、DHT11温湿度传感器组成，负责数据的采集。上位机实时显示来自串口的数据和监控节点的运行情况。

3 软件部分

首先初始化整个系统，启动协调器建立一个个域网，然后路由节点和传感器节点寻找并加入网络，协调器即可与终端节点进行绑定。绑定完成后传感器节点即可采集数据并发送数据，协调器节点负责接收数据，并通过CH340传至PC显示。

协调器是整个个域网的核心，协调器负责创建和维护整个网络，为每个加入网络的设备分配一个网络地址。协调器启动时其网络地址自动设置为0×0000，所以路由和终端要跟协调器通信时设置其目标地址为0×0000即可。

路由器的编程较协调器和终端的编程简单，设置启动类型后负责转发协调器与终端的数据只起中继的作用。当然路由的PANID和选择的信道必须与协调器保持一致这样才能加入网络进行通信。主要程序如下。

uint16 GenericApp_ProcessEvent（ uint8 task_id， uint16 events ）//事件处理函数，当路由器成功加入网络后调用aps_AddGroup（）函数加到组中。

终端负责采集温湿度发送给路由或协调器。因此终端节点的软件设计除了本身的终端节点的功能外还要设计温湿度采集部分。其信道选择需跟协调器保持一致否则无法进行通信。

在PC端用VB6.0编写两个上位机程序，一个是服务器上位机程序，另一个是客户端上位机程序，两程序可以在局域网内通过IP地址进行通信。服务器上位机读取来自串口的数据实时显示在文本框中并保存起来供过后查看。客户端与服务器连接成功后接收来自服务器的数据并实时显示出来，与服务器一样有数据保存功能。

4 测试结果

打开上位机程序后选择合适的串口与波特率后打开串口此时我只用了3个终端节点。打开串口后设置报警值实时画面如图2所示，报警时指示灯为红色正常时指示灯为绿色。在客户端输入服务器的IP地址连接成功后能接受来自服务器的数据。目前服务器跟客户端只能在局域网内通信，后期笔者会改进服务器与客户端实现两者在以太网进行通信，这样可以大大提高监控距离。

5 结语

本文介绍了基于ZigBee无线温湿度监控系统的设计过程，系统分软件和硬件部分。本设计是以ZigBee无线通信为基础结合局域网通信实现远程监控。同时ZigBee组网方便，网络容量大可以满足工农业多点监控的需求有广泛的应用前景。在设计时也考虑了使用的便捷性，充分体现在上位机的友好界面上。当然本设计也存在缺陷不能连接互联网，数据保存容量有限，这些以后都会进行研究和改善。

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