基于ZigBee无线传感器网络的温度测量

来源: 发布时间:2019-08-15 09:22:39

  摘要:在环境中温度是一项重要的指标,与人们的日常生活、生产以及工作有着密切的关系,在各种类型的环境中,方便、快捷以及精准的对温度变化进行检测,并且快速的做出反应是非常重要的。同时近些年来,ZigBee无线传感器网络的应用具备复杂度低、功能消耗低以及数据速率低等特点,主要适用于自动化控制和远程控制,能够嵌入各种设备,还具有地理定位功能。

  关键词:ZigBee;无线传感器网络;温度测量

  一、ZigBee原理

  根据IEEE 802.15.4的相关标准的ZigBee无线网络技术,可以将工作分成3个频段,包括:68 MHz,915 MHz及2.4 GHz,数据速率最高可以达到250 Kb/s。同时网络拓扑可以分成星形拓扑、簇状拓扑和网状拓扑,其中簇状和网状拓扑都可以由一个主控节点和很多个路由、终端节点组成,确保多跳数据通信得到实现,因为覆盖的范围不断增加,路由也可以根据具体情况进行动态调整,因此在温度测量系统中应用ZigBee传感器网络可以很大程度的提高系统的灵活性和适用范围,对有效温度测量系统存在的不足之处进行弥补。

  二、ZigBee无线传感器网络温度测量系统组成与工作原理

  图1中单片机MSP430F149是从温度传感器中得到的温度数据,并且通过RS 232串口将数据传送给ZigBee RFD模块,并且将模块转化成ZigBee通信协议包,再传输给ZigBee FFD模块。与此同时这一模块采用多跳的通信方式将数据包传输给协调器,在协调器接收到数据包之后先可以按照原路返回进行数据信息的确认和接收,最后促使其来到数据ZigBee RFD模块,对握手通信进行实现,也能更加完整的完成ZigBee通信。

  图1-温度采集传输系统的组成结构

  1、控制模块

  关于控制模块,其的重点就是以MSP430单片机为主,是一种能源消耗比较低的控制器,是16为RISC CPU的内核,也是16为总线结构,每一个外部周围的仪器构件都可以对事件驱动型的操作进行支持。同时与一些其他方面的微控制器相比较,带片状的FLASH微控制器能够大大降低系统能源消耗,将其降低到原来功能消耗的1/5,还可以大大减小硬件线路板的空间。

  2、无线收发模块

  该模块的主芯片主要是采用TIChipcon公司生产出来的CC2420射频芯片,能够很好的适应ZigBee产品,这一芯片只需要采用很少的外部周围的元件,性能非常稳定,功能消耗非常低,具备完全集成的压控振荡器,并且需要采用的天线、16MHz晶振等很少,其外围电路只能够在2.4 GHz频段上开展工作,也可以对很短距离通信的有效性和可靠性进行确保。此外支持数据的传输率最高可达到250 Kb/s,也可以对多点与多点之间的网络进行很快组合。

  3、路由协议

  要想确保数据的可靠性,在传输的过程中应该采用多条路径由协议,这一协议是动态源路,主要是通过DSR扩展开来的,在使用DSR的时候是由发送端对路由进行确定,而不是由每一个节点对下一跳路由进行确定,这样实施好处非常显著,就是在重点节点位置不需要对路由信息进行保存。此外DSR是在响应基础上开展的,不需要周期的对任何信息进行发送。

  三、实验分析

  该实验是在两个楼层之间布置很多个房间,这是在ZigBee技术的基础上对无线温度采集系统实验装置进行实现,每一个房间都要放1个ZigBee模块,协调节点是必须具备的。同时在其他位置应该根据路由功能的需要与否进行设置,可以进行路由器放置或者终点节点,还要为其他节点路由转发数据的节点配置,这就是路由器节点,而其他节点则需要配置终端节点,这样所有的节点就会组合成一个ZigBee网络,每一楼层有一个协调器,数据最终传送到PC监控主机,实时的监督控制每一个方面,并且对超出温度部分的点进行报警,该系统具备很高的可靠性,很低的设计成本,很快的响应速度,促使短距离无线通信技术中的作用得到最大发挥。

  四、结束语

  综上所述,基于ZigBee的无线传感器网络的温度测量能够对系统存在的不足之处进行有效避免,对数据进行不间断的采集。测温系统中的ZigBee无线传感器网络作为信息交换和处理的通用平台,如果对不相同类型的传感器测量系统进行配置,具有很高的可扩展性,因此在今后的实施中相信会有很多的ZigBee装置进入到人们的日常生活中,且物联网随处可见。

  参考文献:

  [1]吕鑫,王忠.ZigBee无线数据传输模块的设计与实现[J].安徽师范大学学报:自然科学版,2014,33(04):332-335.

  [2]王小强,欧阳骏,黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M]. 化学工业出版社,2016(05):23-24.


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