基于ZigBee 的多点温度采集系统设计与实现

　　4.2ZigBee无线组网及数据通信

ZigBee通信协议采用分层结构,节点通过在不同层上的特定服务来完成所要执行的各种任务。本系统采用TI 提供的ZigBee2006 协议栈Z-Stack,在IEEE 802.15.4 标准物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)基础上增加了网络层、应用层和安全服务规范,是一种较好的无线传感网络组建方案。

　　ZigBee 设备类型按网络功能分为三种:协调器、路由器、终端。由于本系统采用星型网络拓扑结构,所以只存在协调器和终端两种设备。

　　本系统中主节点被初始化为网络协调器。协调器包含所有的网络消息, 存储容量最大、计算能力最强。

　　它的功能是发送网络信标、建立网络、管理网络节点、存储网络节点信息、收发信息。

　　从节点被初始化为无信标网络中的终端设备。上电复位后,即开始搜索指定信道上的网络协调器,并发出连接请求。建立连接成功后, 从节点将得到一个16 位的网络短地址,并采用非时隙CSMA-CA 机制,通过竞争取得信道使用权,向主节点发送数据。各从节点每30 秒读取一次I/O 接口上多片温度传感器数值, 同时开启睡眠定时器,当数据发送成功后该节点立即进入睡眠状态,最大程度地降低功耗, 延长从节点的电池使用时间。

　　数据包的格式由从节点串接的DS18B20 的数量决定,每个DS18B20 传输的数据长度定义为3 字节,第1 字节为标识符,包括从节点编号,CC2430 的I/O 口编号以及此温度传感器的编号, 后2 个字节为温度采集数据。

　　主节点收到数据包后, 对数据进行分析处理, 把从节点上的每个温度传感器的数据采集值进行转换,得到实际的温度值,然后发送给上位PC 机。主从各节点的组网及通信流程如图5 所示。

图5 主从节点组网通信流程图

　　4.3 PC 机串口通信及监控

图6 上位机软件运行界面

　　上位机采用VB 编程语言编写串口通信及数据库程序,在工程中添加MSComm 控件实现串口传输和接收数据[4]。使用ADO 对象连接Access 数据库,将当前数据存入数据库中,将控件Pictur eBox 作为容器,实现曲线图的动态显示,此过程涉及到曲线、坐标轴、格线和坐标刻度的消隐和重绘。消隐的实现主要用背景色重绘曲线和网格线, 并覆盖坐标刻度数字, 重绘实时曲线和坐标轴网格线通过Li n e 方法来实现, 坐标轴刻度、标签、图标等的标注使用Print 方法实现[5]。

　　当程序开始运行后, 打开串口, 就可将接收到的实时数据加入到各节点的历史温度数据库,同时可以从运行界面看到历史温度变化曲线。图表中曲线的最右端为当前温度, 点击节点按钮, 然后选中指定的温度数据框,即可查看对应传感器节点的温度历史数据和变化情况, 软件运行时的界面如图6 所示。

　　5 结束语

　　本文设计了一种基于ZigBee 技术的无线温度采集系统,采用CC2430 芯片设计主从节点,硬件结构精简、体积小、能耗低, 所组成的无线传感网络具有自组织,自适应的特点。通过实验调试,该温度采集系统达到了设计要求,效果良好。鉴于无线传感网络技术具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性好、实现成本低等诸多优点, 可广泛应用于生产生活的各个领域, 尤其适用于数字家庭、智能大厦温度控制、小区安防监测等, 具有较好的通用性和应用前景。