1、工业控制计算机 2012 年第 25 卷第 4 期本 文 将 ZigBee 和测温技术结合在一起 ， 搭 建 了 基 于CC2530 的温度监测系统 。1 系统总体结构设计1一个完整的 ZigBee 系统需要至少一个协调器 ， 一个或多个路由器及许多个终端节点组成 ，这样才能完成网络的搭建 ，路径的分配和数据的采集及传输任务 。 ZigBee 网络根据实际组网的需要可以组成星形网 、网状网 、和簇状网这 3 种拓扑结构 。 基于 CC2530 的温度监测系统是星状网络 （由于条件有限 ，我们简化了网络的结构 ），它是由一个全功能协调器 （称为 FFD），一个集合有温度传感器的测温节点作为终端节
2、点 （称为Zink）组建成的 。 FFD 通过串口与 PC 机连接 ，Zink 被布置在环境监测区域 ， 通过其上的温度传感器 DS18B20 来监测环境的温度 ，最后通过天线以无线的方式将监测到的温度数据发送给 FFD，由于 FFD 和 PC 机连接 ，这时 PC 机上可以显示出温度的监测结果 。 整个网络的结构图如图 1所示 。图 1 系统结构图2 系统硬件设计系统的硬件部分主要包括一个 FFD 充当协调器 ，一个 Zink充当终端设备 。 终端设备具有无线收发通信部分 ，温度采集传感器部分 ，处理器部分及电源供电部分 。 协调器和终端设备的区别仅在于协调器没有温度采集的传感器部分 ， 而
3、是加上了和 PC机进行通信的串口部分 （终端设备也可以有这个部分 ）。处理器往往是节点硬件的核心 ， 各节点在其的协调下与其它模块一起完成网络环境的实施 。CC2530 是 ZigBee 联盟设计的一款真正的 SOC 解决方案 ，它集合了增强型 8051 微控制内核 ，前端设有 RF 无线收发功能 ，8KB 的 RAM，强大的 AES128安全加密功能 ，2 个 USART， 可支持多种串行通信协议 ， 具有CC2530F3264128256KB 四种不同的 FLASH 版本 ， 有 12位分辨率可配置的 ADC 和 8 路输入 ，通用 GPIO 口 21 个2。 高的集成度和强大的功能 ，使
4、得 CC2530 只需很少的外围设备 ，就可以搭建出一个健全的网络系统 。 如图 2 所示为 CC2530 主要的外围电路 ， 只需要再此基础上做修改和补充就可以形成具有不同功能的节点 。图 2 CC2530 外围主电路21 协调器硬件设计协调器是 ZigBee 组网的关键 ， 它由一个功能健全的节点来充当即 FFD，相对的功能精简的节点 （RFD）可以充当终端设备 。 协调器要完成的任务有很多 ，不仅要负责网络的组建 ，还要接收和处理 Zink 采集来的温度数据 ， 与监控主机进行串口通信 ，还要根据用户的需要通过监控主机向 Zink 发送采集温度的参数等 。协调器是由 CC2530 与串口
5、技术相结合形成的 ，本文的串口选用了 SP3232 芯片 ，完成 RS232 串口数据的电平转换 ，与 PC 监控主机连接后 ，完成温度数据的显示 。 如图 3 所示即为串口转换的电路设计 。基于 CC2530 的温度监测系统设计刘 慧 王 鸣 （安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室 ，安徽 芜湖 241000）Design of Temperature Monitoring System Based on CC2530摘 要针对现实环境中对温度了解的需要 ，设计了一种基于 ZigBee 自组网技术的温度监测系统 。 该技术有组网方便 ，自愈能力强等优点 ，能够稳定准确地获得环境温度 。
6、 系统以 CC2530 无线射频芯片为主控芯片 ，DS18B20 数字式温度传感器组成测温节点 ，运用无线方式并通过串口与 PC 机实现通讯 。 实验表明 ，在温度监测过程中 ，该系统能灵活组网 ，测量精确 。关键词 ：CC2530，温度监测 ，ZigBee，DS18B20AbstractBased on the requirement of knowing the practical environment of the temperature,this paper design a temperaturemonitoring system which is based on ZigBee
7、since network technologyThis technology has networking convenient,selfheal-ing capability etc advantages,stable to obtain the accurate temperatureSystem to RF transceiver CC2530 as the main chip,DS18B20 digital temperature sensor as temperature sensor node,by wireless way and through a serial port w
8、ith a PC to re-alize communicationExperimental results show that in the temperature monitoring process,the system can flexible networkKeywords:CC2530,temperature monitoring,ZigBee,DS18B2049基 于 CC2530 的温度监测系统设计图 3 SP3232 串口转换电路设计22 测温节点的硬件设计测温节点 Zink 主要是完成监测环境里温度数据的采集任务 ，它把采集到的温度数据无线发送给协调器 ，然后通过协调器上传
9、到 PC 机进行显示 。 Zink 一般是由 RFD 集成温度传感器来充当的 。 CC2530 自身内部集成有温度传感器 ， 但其精准度不高 ，不用来测量外界环境的温度 。 DS18B20 是一款集成式芯片 ，因其采用单总线技术 ，即 “一线器件 ”，只需要一根串口线就可以实现多 DS18B20 温度传感器和 PC 的双向通信 。 接口简单 ，所以在测温时受外界干扰小 ，可以提高测量的精确度 。 同时它还可以将测温结果转化成数字信号送与 PC 机 ， 使得调试变得更容易方便3。 DS18B20 与 CC2530 接口如图 4 所示 。图 4 DS18B20 与 CC2530 接口3 系统软件设
10、计开 发 平 台 是 CC2530 适 用 的 IAR EW8051751A，ZStackCC2530230140 是所使用的协议栈 ， 协议栈支持ZigBee2007。 在这个实验中 ，我们用 CC2530 内部集成的温度传感器进行组网 ，然后才测量外界温度 ，所用程序为 TI 自带的测温例程改写 。31 协调器软件实现协调器负责温度监测网络的组建和管理 ， 把接收到的温度数据显示在 PC 机上 ，软件工作过程如图 5 所示 。32 测温节点软件实现图 6 所示为测温节点和传感器 DS18B20 的工作流程图34。测温节点在设定好的测温周期内采集温度数据 ， 其余时间处于低能耗状态 ，直到测
11、温事件的触发 。 DS18B20 在数据的采集过程中主要包括读温度和温度的格式转换 。 读温度主要是读取 9字节 ，校验温度是否正确 ，转换温度使用了 12 位来提高精确度 ，过程大约要 750ms，所以使用了时延来等待转换过程 。4 实验结果温度监测系统的搭建是在实验室完成的 ， 实验室的温度比较稳定且有供暖措施 。 虽然实验室对于环境温度没有特别的要求 ， 但实验的成功说明这个系统是有用的 ， 它同样适用于别的环境中 。 实验是在供暖措施关闭的情况下进行的 ， 实验室保持与外界环境的通风 ， 经过一周的监测 ， 表 1 给出了几个测试结果 。5 结束语本文讲述的是基于 ZigBee 的环境
12、温度监测系统 ，ZigBee技术以其组网灵活性高 ， 自愈能力强 ， 功耗低 ， 成本低著称 。CC2530 和 DS18B20 组成的测温节点更是灵活小巧 ，可以使用在很多场合 ， 而不会对环境造成影响 。 以无线方式进行传送数据 ，避免了传统排线的繁琐 ，也避免了人力和财力的浪费 。参考文献1高守玮 ，吴灿阳 ZigBee 技术实践教程 基于 CC243031 的无线传感器网络解决方案 M 北京 ： 北京航空航天大学出版社 ，2009（6）：48502CC2530:A True SystemonChip solution for 24GHZ IEEE802154ZigBee3李贺然 ，滕志军 ZigBee 在通信电缆温度监测中的应用 J信息技术 ，2011（9）：1111154张晓娜 ，郭万有 基于 ZigBee 技术的无线温度传感器网络节点的设计 D西安 ：西安电子科技大学 ，20113收稿日期 ：20111222表 1 温度测试值图 5 协议器工作软件流程图图 6 测温节点和 DS18B20 的工作流程图50
