ZigBee网络.doc

系统总体设计基于 ZigBee 无线传感器网络的监控系统如图1所示。图 1 监控系统框图该监控系统主要由安装了监控软件的上位机、汇聚节点和两个房间中的多个传感器节点组成。各节点通过无线信道连接,汇聚节点与上位机监控程序通过 RS-232 异步串口总线连接。传感器节点中包括温湿度、红外以及烟雾传感功能,能够实现对温湿度的周期查询,对烟雾和人体红外通过中断的形式实时响应。上位机的监控程序以内嵌地图形式的表格显示出各个节点的信息,可以得知房间中各个地方的温湿度与烟雾红外状况。根据仓库实际需要设置温湿度的阈值,超过该阈值节点以红色显示,来提醒管理员异常情况。除了温湿度显示,上位机监控程序中有红外和烟雾两个按钮,若检测到红外和烟雾信息,则不停闪烁并发出警报声。图2 节点硬件平台节点的硬件平台节点的硬件平台采用 Chipcon 公司(已被 TI公司收购)2430 芯片,外围附加温湿度传感器、红外烟雾传感器、电源以及调试接口,如图2所示。 CC2430 是符合 ZigBee 标准的 片上系统芯片(SoC) ,片内集成了工业级标准的 8位 805 1 微控制器内核、2420 射频收发器、 128KB 在系统可编程 Flash 存储器和 8KB 的 RAM 等。高集成度的特性降低了单片机数字电路对高频模拟信号的干扰,提高了系统的可靠性。温湿度传感器采用 SHT10 温湿度传感器,该传感器芯片由温度和湿度探头、校准存储器、 14 位模数转换器及双向 I/O 串行输出接口组成。输出的串行数据可达 14 位。红外传感器采用 GH-718 人体红外传感器,静态电流 50 μA,具有极低的功耗。系统的软件设计系统的软件设计部分主要包括网络构架、节点的协议栈和上位机监控软件。系统的网络构架网络拓扑结构有星形网络、树形网络和网状网络三类。星型网络中所有节点都只能与协调器(汇聚节点)通信,且必须在协调器的射频范围之内,协调器理论上最多能连接 65535 个节点。树形网络由星型网络通过路由器扩展而成,其弹性覆盖范围大,路由方式简单,能容纳更多的节点。网状网络具有自修复功能,一般情况下能自动选择最优路径提高链路质量。本监控系统节点数量有限,节点位置较为固定,采用树形网络拓扑。终端节点负责采集数据,路由节点除了采集数据之外还负责转发。树形拓扑中的各节点只负责将数据传给其上级的父节点,直到传至汇聚节点。协议栈介绍节点软件部分以 TI公司基于 ZigBee 2006 协议栈的 Z-Stack 为基础,通过添加传感器采集函数和应用层函数完成。 Z-Stack 协议栈是以简单的任务轮询形式运行的,各任务模块由各自的时间标志位触发。应用层循环中两个传感器驱动函数完成温度和湿度数据的读取,红外和烟雾事件则以查询中断标志位的方式决定是否发送红外烟雾信息。按照节点的类型不同,其工作流程如图3所示。图3 三类节点工作流程上位机监控软件上位机的监控软件用 C++ 面向对象语言编写,内含串口驱动程序,通过串口和汇聚节点连接,负责接收并显示所采集的数据,其界面如图4所示。图4 上位机监控终端网络显示部分内嵌仓库地图,各节点根据实际位置在图中对应摆放,能显示出树形的拓扑结构。当某节点检测到烟雾时,网络显示图中该节点变为红色。若某节点检测到红外信号,该节点在网络显示图中变为橙色。由于节点在内嵌地图中与实际位