基于ZigBee-WSN的温湿度监测系统

另外，为实现系统的远程异地监控和报警，在协调器节点增加GSM短信报警单元。选用德国西门子公司的TC35i模块，它能够支持中文短信，工作在GSM 900MHz和GSM 1800 MHz双频段；模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。它的数据输入／输出接口实际上是一个串行异步收发器，其18引脚RXD、19引脚TXD均为TTL电平的串口通信引脚，分别连接到CC2530的GPIO即可实现串口数据的收发。使用时只需通过CC2530发送AT指令即可控制TC35i进行短信报警。

3 系统软件设计
3．1 数据采集程序
SHT75的内部前端集成有I2C总线，故数据采集程序需完全按照I2C总线的通信协议进行即CC2530的采集指令和接收指令均应遵照SHT75的时序编写。CC2530向SHT75发送的测温命令为00000011、测湿命令为00000101，所有数据均从MSB开始。在测量和通信结束后，SHT75自动转入休眠模式。
传感器采集的温湿度数据可以通过串口调试助手SComAssistant在PC端显示，图5为SHT75采集数据。可以看出，当前环境的相对湿度范围为49．5～50．1％RH，温度为25．4～25．7℃，数据稳定可靠，误差可控，可以完成对温湿度信息的精准采集。

3．2 ZigBee-WSN软件设计
ZigBee网络的建立和运行是整个无线传感器网络系统的关键，关系到数据的可靠性和系统的稳定性。整个系统的工作流程如图6所示。
系统上电后，首先进行硬件初始化和网络初始化。CC2530采用ZigBee2007协议栈，该协议栈的初始化可由TI公司提供的Z-Stack完成，Z-Stack是一种轮转查询式操作系统，能够完成硬件初始化、网络初始化等绝大部分功能。ZigBee网络的建立实际上是通过协调器与其子节点的“绑定”实现的，首先由协调器通过网络层函数NLME_NetworkFormationRequest()建立网络，并通过zb_AllowBind()函数进入允许绑定模式。子节点发出绑定请求zb_BindDevice()后，协调器建立绑定表并响应绑定请求，绑定成功即意味着通信建立。当其他节点加入网络时执行相同步骤，并不断更新绑定表。绑定表中包含了节点的16位网络地址、64位IEEE地址和端口号。网络地址用于路由机制和数据传输，而IEEE地址才是节点的唯一标识。ZigBee网络建立过程如图7所示。
系统初始化完毕后，前置节点便开始采集数据。数据经无线网络传输和汇聚将在PC端实时显示，阈值比较后可以进行声光报警和短信报警。
3．3 管理节点软件
管理节点选择TI公司配套的Z-SensorMonitor软件，它可以形象地显示网络的拓扑结构和各节点的状态信息。另外，Z-SensorMonitor提供了数据存储和恢复功能，能将十六进制数据输出到后缀为．log的文本中，并加入时间戳，便于今后对系统状态的调阅和再现。故采用Z-SensorMonitor能实时地显示各监测点的温湿度情况以及整个网络的运行状况，图8为实验过程中采集到的实时网络状态信息。

结语
通过对该无线传感器网络系统进行功能测试发现，SHT75传感器节点能准确地采集到监测点的温湿度信息，数据符合监测点的实际情况。经过ZigBee无线传感器网络和GSM移动通信网络传输后，数据稳定可靠，达到了远距离、大范围的实时温湿度精准采集要求。