基于ZigBee与ARM的远程监控系统设计与实现

摘要：针对有线组网方式布线复杂、维护困难的问题，提出了一种基于ZigBee无线组网技术和嵌入式Web服务器，对家庭环境进行远程监控的实现方法。采用厥度传感器DHT11实现温湿度的采集，烟雾传感器MQ2监测厨房烟雾浓度是否超标，人体红外感应模块实现家庭安防。并且通过红外技术控制空调和加湿器或热水器的打开或关闭，从而实现对囟群褪度的调节，对热水器的远程控制。实验结果表明，该系统体积小、功耗低、运行稳定，具有一定的实际意义。

在炎热的夏季，下班回家后才把空调打开，却还是很热;想洗热水澡，发现热水器还没有加热;有急事需要出门，结果忘记关闭空调。为了解决上述问题，急需要一套对家电的远程控制系统。于是，本文将ZigBee技术结合嵌入式Web服务器，实现了一种对家庭温湿度等环境因素的远程监控，让人们的生活更加方便、舒适。

1 系统概述

本设计需要在家庭内部建立网路，将各种电器、传感器纳入其中，以实现集中管理。家用电器位置容易改变，数量也容易变化，相对距离较短;ZigBee技术是一种符合国际标准的新型短距离无线通信技术，具有低功耗、低成本、容量大、安全性高、抗干扰性强等优点;文中应用ZigBee技术组建家庭无线网络，接线简单，性能稳定可靠，功耗低，实时性好。

嵌入式Web服务器实现家庭网络与外部网络的连接。由于HTML语言的标准统一性，只要该嵌入式Web服务器接入Internet，就可以使用任意一种接入Internet的Web浏览器接收和发送信息，实现对家庭网络中传感器数据的显示，对家用电器的控制。

本设计的总体框架如图1所示，ZigBee网络包括网络协调器和终端节点。协调器和搭建了Web服务器的ARM9芯片通过串口接在一起，而ARM9又通过网口以网线连接路由器，进而接入Internet。远程客户端是连网的个人电脑，电脑上安装有普通浏览器程序，通过普通浏览器登陆服务器，然后实现对ZigBee终端节点的传感器数据的显示和对执行电器的控制。

根据系统功能应用，选用星型网络拓扑结构。此网络结构中有唯一的协调器，它是整个网络的核心，负责网络的建立和维护。协调器将终端节点上传的传感器数据通过串口发送给嵌入式web服务器，将嵌入式web服务器传过来的指令解析，并将控制命令下发给终端节点。

终端节点定期采集传感器数据，并上传给网络协调器;当协调器下发控制命令时，根据命令激励红外二极管发射红外遥控信号。执行电器的红外接收端接收到红外信号后，执行相应的操作。

2 硬件电路

嵌入式Web服务器以ARM9为硬件平台，采用S3C2440芯片作为主处理器，主频400 MHz，最高533 MHz，SDRAM作为内存，Flash作为内核和文件系统存储芯片。

ZigBee模块主芯片采用CC2430，它是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统。它结合一个高性能2.4GHzDSSS射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。该芯片采用0.18μmCMOS工艺，工作电流损耗为27 mA，在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25mA。

监控系统的主要参数要视具体应用场合而定，此系统的应用针对的是家庭，而人们对家庭环境的要求，最基本的就是温度、湿度要合适，此外要防火防盗。家庭室内环境温度的范围一般为0～35℃之间，相对湿度范围在20～80%RH之间;当环境温度在18～25℃，相对湿度在40%～70%，时，人体感觉最舒适。基于此，选用数字温湿度传感器DHT11，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。测量范围是：相对湿度20～90%RH，温度0～50℃;测量湿度的精度为±5%RH，测量温度的精度为±2℃，均能满足要求，并且抗干扰能力强、性价比较高。其它传感器选择烟雾传感器MQ2、HR-SR501人体红外感应模块。

传感器MQ2保证正常工作的电压为5 ±0.2 V，而CC2430的供电电压为2～3.6 V，因此采用升压模块对其升压后再给MQ2供电。图2为Zig Bee终端节点的部分电路连接图，如图所示电源VCC经过升压后再连接到传感器模块MQ2的电源端，然后MQ2的数字输出端连接ZigBee终端节点的通用I/O口P0.1。升压电路功耗低，提供的电流也能满足MQ2正常工作的要求。

为了降低成本，结合红外技术来实现对家用电器的控制。这样，每个房间只需一个ZigBee终端节点，其I/O端口除了连接传感器外其余的还作为控制信号输出端口使用。空调遥控器按键是开关量，又多是两节干电池供电，因此ZigBee终端节点的I/O端口可以和空调遥控器上的几个按键直接相连，这样既能远程控制，又可以在本地通过遥控器控制空调的开关、温度的调节。而电热水器和加湿器没有配套的遥控，因此在ZigBee终端节点连接