基于ZigBee技术的机房监控系统

2．1 传感器模块
传感器模块从ZigBee网络的角度看，为一个RFD节点，通过2节5号电池供电。按照需要探测物理量的不同，各传感器的硬件设计分述如下：
1)温度传感器 CC2430内部集成有一个温度传感器，其基本工作原理：片上温感部分将温度转换为模拟电压信号，其幅度范围是0．648(-40℃)～1．039 V(+120℃)，之后经过12位A／D转换为数字信号，再除以一个温度系数，则可得到当前温度值。
2)湿度传感器探头 采用瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHTl5超小型、自校准、多功能式智能传感器来测量相对湿度，SHTl5型传感器是单片、多用途的智能传感器，其内部不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器，而且还有14位的A／D转换器和双线串行接口，能输出经过校准的相对湿度。该智能传感器的相对湿度测量范围为0～100％，分辨率达0．03％，最高精度为±2％RH，电源电压范围2．5～5．5V，响应时间，小于3s。
3)烟感探头 烟感探头的基本工作原理：当烟雾进入报警器室时，将隔断或阻止红外线的互通，红外线的发射管收不到对方发来的光，光参数变化，经处理电路进行处理后，再转换成低电平，并触发报警。
2．2 空调控制节点设计
空调控制器节点完成从ZigBee网络接收自主控计算机发来的空调启、停命令并将其转换成对应的遥控器红外控制命令。从ZigBee网络的角度看，空调控制器节点仅是一个RFD设备，主要是接收ZigBee数据，也由CC2430完成。其需要完成的另外一个任务就是通过红外通道，模拟空调的遥控器完成控制空调的启、停。在安装配置系统时，通过“红外学习口”对机房内所装空调的遥控器红外命令进行学习，并将其存储在EEPROM中。系统正常工作时，当接收到从ZigBee传输来的空调控制命令时，将其转换为红外发送命令，从EEPROM读取数据，按照这些数据规定的脉宽参数控制红外发射管发送红外线，进而直接控制空调。由于红外控制命令的学习和发送会占用资源操作，如果其也由CC2430控制，将会加重CC2430负载，影响正常的ZigBee通信功能。因此使用51系列单片机AT89S52完成，CC2430与AT89S52之间通过串口来交换数据。这样可以在不改装空调的情况下，通过简单的红外学习操作即可控制任意型号的空调，简化了系统的安装使用，同时也大大提高了系统的可靠性。空调控制节点的设计框架如图3所示。

2．3 ZigBee中转设备设计
该中转设备的功能是完成以太网与ZigBee网络之间的双向数据交换，有2种实现方案。
2．3．1 CC2430+PC机
CC2430+PC机实现方案原理：CC2430负责ZigBee网络的数据收发和转存，PC机负责以太网数据的收发，二者之间通过RS-232交换数据。目前普通PC机的RS-232串口的波特率最高可达到115 200，而ZigBee的理论带宽可达250 kb，二者速率大致在一个数量级，考虑到该系统设计所传输的大多是控制命令，数据流量不大，所以二者可以匹配使用。该实现方案研发周期短，可快速成型，且PC机资源丰富，可预留许多资源、功能供系统后续扩展，但成本较高，功耗较大。
2．3．2 CC2430+ARM(S3C44BOX)
与CC2430+PC机实现方案类似，CC2430+ARM(S3C44BOX)实现方案只是用以ARM为核心的嵌入式系统代替PC机，二者通过UART交换数据。采用三星公司的ARM7系列器件S3C44BOX作为主控制器，其主要功能和特点如下：1)以太网接口，采用10 M以太网控制器RTL8019，提供标准RJ45插座；2)2路UART接口，波特率达115200；3)LCD接口，可接1600×1600以下分辨率的单色或256色STN／DSTN型各种LCD屏；4)IDE接口，可挂接硬盘；4)运行μcLinux操作系统。该实现方案结构紧凑，成本较低，同时ARM为低功耗器件，所以整个模块的功耗很低。
通过对上述两种实现方案的比较，并考虑到成本和功耗的问题，因此这里选用第2种方案进行设计。

3 系统软件设计
3．1 ZigBee软件设计
为缩短研发者的开发时间和减小开发难度，TI公司在提供器件的同时，另外还免费提供实现ZigBee协议的软件——Z-Stack，此软件不仅实现了ZigBee协议栈，并在此基础上扩充成了一个微型的操作系统，其主要内容包括：1)硬件抽象层HAL，处理键盘输入，LCD输出，UART输入、输出等；2)操作系统抽象层(OSAL)；3)ZigBee协议栈、IEEE 802．15．4 MAC层；4)用户层应用程序；5)监看测试程序，通过串口和：PC机上的测试工具通讯。