基于ZigBee的无线温度监控系统的设计

摘要：文章使甩ZigBee无线数传模块DRF1605作为数据通信的核心模块，设计了一个小型的温度监控系统，可以远程与温度节点建立联系，设定温度和读取温度，实现了温度信号的检测与控制。设计方法简单快速、使用界面友好，通过分置在多个地点的ZigBee温度采集模块，可以方便地实现多点分布式温度信号的采集。
关键词：无线数传；ZigBee模块；温度监控

0 前言
ZigBee协议是基于IEEE802．15．4标准的低功耗、短距离的无线通信个域网协议，与传统无线通信技术(如蓝牙、红外、宽带卫星、3G、WLAN)相比，具有距离短、复杂度低、自组网功能、低功耗、低成本等优点，适用于自动及远程控制领域。而ZigBee模块具有高度集成化的特点，可以轻松嵌入各种便携式设备，使用户无需考虑模块的运行原理，只需要将自己的数据通过标准传输方式发送至模块中，模块便可依据预先配置好的网络结构，与网络中的目的节点进行双向通信。本设计使用ZigBee无线数传模块DRF1605搭建了一个基于MESH网络的小型温度监控系统，实现主机上位机程序和终端节点间温度信号与控制信号的双向通讯。

1 系统结构
设计使用ZigBee无线数传模块DRF1605作为数据通信的核心模块，可以远程与温度节点建立联系，设定和读取温度，实现温度的检测和控制。系统包含3个模块：PC机端的上位机监控模块、ZigBee无线数传模块、AVR单片机控制模块。处于监测点的AVR单片机控制模块对温度传感器DS18B20采集的温度数据进行处理，通过UART的方式发送给ZigBee终端节点模块，由ZigBee中心节点模块接收，并通过RS232端口返回至PC机端的用户界面。用户在用户界面可以获取监测点的当前温度并设定监测点的预设温度，AVR单片机控制模块依据用户UI设定的预设温度与当前监测点温度的对比实现温度信号的监控。系统架构如图1所示。

一个完整的ZigBee MESH网络包含3种节点：中心节点、路由节点和终端采集节点，相邻节点之间支持75M距离传输。在短距通信中，可以不使用路由器节点。本设计中的ZigBee数据传输采用两种节点：协调(Coordinator)节点和终端(Route)节点。其中，协调节点为中心节点，与PC机相连，负责发送PC机数据和接收来自温度采集模块的信息；终端节点与单片机相连，负责发送温度采集模块的信息和接收PC机数据。2个模块可以实现上电自动组网，Coordinator节点自动给所有的节点分配地址，不需要用户手动分配地址，具有断电自动保护等优点，而且极易拓展，由于终端节点的设备配置方式基本一致，因此可以依据现有的终端节点迅速实现节点拓展，新加入的节点将异步完成网络加入和重构，且当节点出现故障时，ZigBee模块可以迅速重新架构网络，保证数据网络的正常通讯。
DRF1605可以形象的理解为“无线的RS232连接”，简单易用，不用考虑ZigBee协议，串口数据透明传输。有两种数据传输方式：Coordi nator节点从串口接收到的数据会自动发送给所有的节点，终端节点从串口接收到的数据，会自动发送给Coordinator节点；也可以通过串口在任意节点间进行数据传输，数据传输的格式为：0xFD(数据传输命令)+0x0A(数据长度)+0x73 0x79(目标地址)+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0X10(数据，共0x0A字节)。

3 AVR单片机控制模块
AVR单片机控制模块由2部分组成：单片机最小系统以及DS18B20温度采集模块，如图3中虚线框所示。其中，单片机系统的RX、TX两个引脚和ZigBee模块的TX、RX引脚相连，负责UART的通讯。单片机的PCI引脚与DS18B20的数据端相连，接收来自温度传感器的温度数据。此外，单片机上的PA0和PA1两个引脚分别引出，用来指示不同的温度控制响应。

3．1 温度采集模块
温度采集模块由温度传感器DS18B20构成。由于DS18B20采用1-WIRE数据传输协议，仅使用1根数据线即可实现与单片机芯片的双向通讯(包括传输温度信息)，接线方便，非常适用于农业大棚、洁净室、机房等多种非极限测温场合。设计采用寄生电源供电方式，电路连接如图4所示，由ATMega16的PCI采集温度数据。

DS18B20的内部有64位的ROM单元和9字节的RAM单元。64位的ROM包含了DS18B20唯一的序列号，因此DS18B20支持多点组网功能，多至阶DS18B20可以同