基于ZigBee和ARM技术的森林火情监测系统的设计

Coor-Node处在系统的中间层，既要与无线传感器网络进行通信，又要与通过数传电台与上位机监控中心进行数据交互，这就要求其具有较强的数据处理能力。基于此考虑，本设计方案选用了ST公司的STM32F103C8作为微控制器。STM32F103C8是基于一个实时仿真和跟踪的32位CortexTM-M3 core CPU的微控制器，并带有64 kB嵌入的高速Flash存储器。采用48脚封装、极低的功耗，多个32位定时器，2路12位的ADC、1个CAN总线以及多达7个的外部中断。
数传电台模块选用FY602型号的数传电台，载频433MHz ISM频段，无需申请频段，接口速率和信道速率可达到38 400 bps。干扰性强，接收灵敏度高，应用广泛。
ZigBee模块DIGI公司推出的新型XBP24-BWIT-004．250 kbps的数据传输速率。1 600 M的通信距离，支持AT和API命令集，工作频段为868／915 MHz。特别适合远距离的组网要求。
考虑到具体的硬件电路图设计比较繁杂，在此给出Coor-Node的节点的硬件设计框图，STM32F103C8是数传电台和ZigBee模块的中间层，通过两个串口分别连接数传电台和ZigBee，作为模拟电台数据和ZigBee数据的交互层，通过对其软件进行编程，实现两种网络数据的转化。
系统硬件设计主要以STM32F103C8为中心设计其外围电路，包括电源电路设计、时钟电路设计、复位电路设计，存储电路设计和接口电路设计等方面。
在Coor-Node电路板上因很多芯片的工作电压和电流不同，因此电源部分的设计非常关键。整个系统有外部的12 V的太阳蓄电池供电，而TM32F103C8的工作电压为1．8 V，I／O工作电压为3．3 V，数传电台的工作电压为4．5～5．5 V，ZigBee模块的供电电压为3．3 V，因此选择LM2576-5．0，MIC29302及AMS1117系列的电压转换芯片，得到各芯片相应的工作电压。电源部分的设计思想如图3所示。

相对电源部分，时钟电路和硬件复位电路的设计相对简单，时钟晶振采用12 MHZ的外部晶振电路，硬件复位电路采用MAX813复位芯片实现。由于TM32F103C8只具有64KB的片内Flash存储器和20 kB的SRAM，只能够满足系统的基本需求，有考虑到ZigBee子节点地址等相关系统参数的存储问题，所以外扩了一块8 MB的Flash和以一块32 k的Sram62256。
在外围设备接口电路方面，由于TM32F103C8和数传电台以及ZigBee模块均为串口连接，在电路设计方面简单可靠。TM32F103C8的程序烧写方式采用在系统(ISP)，采用ST的ISP软件，设置完芯片的启动模式为system memory，即可通过串口和ISP软件来下载Bin文件。程序下载板主要由一块美信公司MAX3232电平转换芯片构成。其能够将PC串口标准(RS232)转转换为TM32F103C8串口TTL标准。
相比TM32F103C8，由于数传电台和XBee都是模块的封装，其外围电路设计比较简单。Xbee模块的串口与TM32F103C8的串口0直接连接。数传电台的串口与TM32F103C8的串口1直接连接。另外，在实际应用中，为了增加系统可视化，在硬件电路上增加数码管显示和LED指示灯，可通过数码管和LED的状态了解Coor-Node节点的运行情况，如与中继节点的连接，芯片正常工作，接受和发送森林环境参数等。