摘要: 无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一,可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送。文中介绍了一种基于ZigBee 技术的温、湿度监测网络的设计与实现,以CC2430 单片机和数字式温、湿度传感器SHT10 设计出了温、湿度传感器节点,以AT91R4008 微控制器、AX88796 2430 单片机设计出了ZigBee 无线网关。温湿度传感器节点通过射频收发器将数据发送到ZigBee 无线网关。ZigBee 无线网关通过以太网网络将数据传输给监测中心主机。该系统具有低功耗、高可靠性、易组网及稳定性好等优势,可广泛应用于工业环境温、湿度监测。
0 引言
温度和湿度是2 个非常重要的物理量,温、湿度的监测广泛应用在工业控制、仓库存储等系统中,研制低成本、高可靠性的温、湿度监测设备及系统显得非常重要。通常,采用有线网络实现温湿度监测,具有布线麻烦、设备随意移动性不强等缺点。随着射频技术、集成电路技术的发展,无线通信功能的实现越来越容易,数据传输速率也越来越快,并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。本文提出基于ZigBee 技术的无线温、湿度监测的方案,不必铺设电缆,可以节省费用和时间,而且改变温、湿度传感器节点测量位置和增加或减少传感器节点数目都非常方便。该无线温、湿度监测网络将温、湿度数据传输到ZigBee 无线网关,再通过以太网发送到监测中心主机,具有快速展开、稳定可靠、维护性好等特点。
1 温湿度监测网络介绍
1. 1 ZigBee 技术
ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,工作频段为全球通用频段2. 4 GHz,数据传输速率低,只有10 ~ 250 Kb /s,专注于低传输应用。
如图1 所示,ZigBee 网络包括一个协调器,一个或多个路由设备或终端设备。每个网络中必须要有一个协调器,它是整个网络的中心,负责网络的维护和协调;路由设备负责网络中数据包的路由选择,并用来拓展网络范围;终端设备是实现具体功能的单元。ZigBee 网络可以实现星型、树型和网状型多种拓扑结构。
图1 ZigBee 网络拓扑结构。
1. 2 温湿度监测网络组成
整个温、湿度监测网络是由基于ZigBee 技术的无线温、湿度传感器节点和ZigBee 无线网关组成。无线温、湿度传感器节点分布于需要测量的现场,执行温度和湿度数据的采集、预处理和发送等工作,同时具有路由功能,转发其他传感器节点的数据包。ZigBee 无线网关具有ZigBee 协调器和协议转换功能,将ZigBee 协议格式的数据转换成以太网协议格式的数据传输到监测中心主机。
监测中心主机通过以太网与ZigBee 无线网关通信,实时显示每个温、湿度传感器节点的信息。
图2 温湿度监测网络总体结构。
2 硬件实现
2. 1 温湿度传感器节点
无线温、湿度传感器节点是该网络的基本单元,负责获取温、湿度数据和数据的预处理,传输到ZigBee 的无线网关。拥有子节点的节点还具有路由的功能,转发子节点的温、湿度数据。无线温、湿度传感器节点由下列部分组成:内部集成符合IEEE 802. 15. 4 标准的2. 4 GHz 的射频(RF)2430 无线单片机;数字式温、湿度传感器SHT10 等。数字式温、湿度传感器SH
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