基于ZigBee的冷库温度无线监测系统的设计

机在已搭建的ZigBee无线网络平台上完成收发数据。

4 单个冷库温度无线监测系统设计
要实现对多个冷库温度监测系统的控制,就需要分别对单个冷库温度监测系统进行设计。
4.1 系统硬件电路设计
单个冷库温度无线监测系统的下位机主要是由单片机与温度传感器、无线射频收发器、键盘电路、显示电路、时钟电路等构成,上位机由单片机与无线射频收发器构成。下面将主要介绍上述几个模块的电路设计。
上位机与下位机的单片机AT89C51[2]的最小系统均如图3所示,图中外接晶体以及电容C2、C3构成并联谐振电路,它们起稳定振荡频率、快速起振的作用,其值均为30PF左右,晶振频率选6MHZ。外接复位信号采用的是上电复位和手动复位的结合。

本系统为多点温度测试,温度传感器DS18B20[3]既可寄生供电也可外部电源供电。为了尽可能减少使用单片机的I/O口,我们采用外部电源供电方式。同时注意单总线上所挂接的DS18B20的数目不宜超过8个,否则需考虑总线驱动问题。其硬件连接电路如图4所示:

XBee Pro[4]模块自带软件包,可以直接实现点对点的无线通讯,但需要提前将XBee Pro模块进行匹配,才能实现数据的无线通讯功能。因为单片机管脚电压为5V,而XBee Pro模块的管脚电压为3.3V,故若将两模块连接需使用光电隔离。其中上位机与下位机分别都有XBee Pro模块与单片机的连接,其硬件连接均如图5所示:(其中S1与RXD相连,S0与TXD相连)
本设计采用的是独立式键盘,以查询方式工作。直接用I/O口线构成单个按键电路,每个按键占用一条I/O口线,每个按键的工作状态相互不会产生影响,其接口电路如图6所示:

P2.1口表示起动键,起动系统工作。
P2.2口表示停止键,停止系统工作。
P2.3口表示通道切换键,选择要观察的那路温度。
P2.4口表示设限键,设定系统工作环境的范围。
P2.5口表示加一键,数字“+”键,按一下则上限温度设定值加1。
P2.6口表示减一键,数字“—”键,按一下则下限温度设定值减1。
显示电路采用的是如图7所示的共阴极七段数码管,显示方式为节约硬件资源的动态扫描方式。

DSl337[5]是一种超小型的串行实时时钟芯片,除了具有其他时钟芯片所具有的记录秒、分、时、星期、日、月、年,闹钟,可编程方波输出外,最大的特点是体积小,连线少,性能良好。下位机单片机AT89C51与串行时钟DS1337的硬件连接如图8所示(其中R1=R1=R3=R4=3K):

NE56604能为多种微处理器和逻辑系统提供复位信号,其门限电平为4.2V。在电源突然掉电或电源电压下降到低于门限电平时,NE56604将产生精确的复位信号。其硬件连接如图9所示:

要实现上位机单片机的输出信号与监测单元PC机的通讯,通常利用监测单元PC机配置的异步通信适配器,通过MAX232电平转换器即可实现。其电平转换电路如图10所示:

4.2 系统主要软件设计
本文设计的单个冷库温度无线监测系统,主要程序包括下位机测量节点的温度采集和数据发送以及上位机数据接收三部分。
下位机测量节点的温度采集流程图如图11所示,上电后,系统首先进行初始化,然后进行键盘输入扫描,若有输入则进行输入处理否则进行温度采集。温度采集时,利用定时器T1的中断来实现每2s采集一次相应的DS18B20数据,并对单总线上的DS18B20进行循环采集。将采集后的温度数据与设置的温度上下限比较,若超限则进行报警处理,否则显示温度。最后下位机XBee Pro模块将温度数据发送给上位机XBee Pro模块,其数据发送流程图如图12所示,上位机XBee Pro模块数据接收流程图如图13所示。

低温有毒的环境中解脱出来,为企业节约人力成本,又可以方便我们随时对其现场环境温度进行监控。毫无疑问,在监温系统中应用无线传感器技术以及适于它的ZigBee无线通信协议,是现在及将来冷库温度监控的研究热点并具有广泛的应用前景。

参考文献:
[1] 武永胜,王伟,沈昱明.基于ZigBee技术的无线传感器网络组网设计[J].电子测量技术.2009,32(11):121-124.
[2] 赵娜,赵刚,于珍珠,郭守清.基于51单片机的温度测量系统[J].微计算机信息.2007,23(2):146-148.
[3] 张萍.基于数字温度计DS18B20的温度测量仪的开发[J].自动化仪表.2007,28(6):64-66.
[4] 王静霞.一种与ZigBee/802.15.4协议兼容的RF模块XBee/XBee Pro及其应用[J].电子工程师.2007,33(3):24-27.
[5] 孙频东.串行时钟芯片在智能传感器中的应用[J].现代电子技术.2002,(10):47-49.