基于ZigBee和LabVIEW的多点无线温湿度采集系统设计

　　1 引言

　　随着生产技术的提高，环境条件中的温度和湿度指标是成为许多工作场合的重要参数，温度和湿度的测量与控制直接影响到生产水平。如在电力系统中，由于温度过高、过低引起的元件失效或由于湿度过高而引起的触电事故时有发生;湿度和温度的合适与否直接影响到农作物的正常生长发育和产量，所以蔬菜大棚对温度和湿度的要求很严格;仓库储藏湿度过大，温度过高，储藏的物品容易变质。简言之，不管是工业、农业、军事及气象领域，还是人类生活的环境，都需要对温度和湿度进行测量和控制。因而，研制可靠且实用的温湿度测量装置显得非常重要。尤其是要实现大环境中的温湿度测量和自动控制，采用有线网络的方案难以实现。本文提出采用基于ZigBee技术的无线温湿度测量与传输的方案，在上位机中采用LabVIEW构成多点无线温湿度采集系统，实现对网络采集的数据统一管理和分析。该系统具有快速展开、稳定可靠、可维护性好等特点。

　　2 系统的整体概述

　　该系统通过具有I2C总线接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器SHT11实现对温度和湿度的采集，将信号送至ZigBee无线节点，采用Z ig B e e技术的星型网络拓扑结构，建立了一个主节点，多个从节点的无线网络，从节点采集温湿度数据每隔一定的时间轮流向主节点发送，主节点收到数据之后通过串口将各节点的温湿度数据传给上位机监控界面。本文选用虚拟仪器开发平台LabVIEW实现上位数据的显示和监控界面设计，在该平台下，添加LabVIEW Instrument I/O函数模板本身提供的Serial子VI，通过数据流连接，可以实现LabVIEW界面和无线收发模块的实时通信。系统结构图如图1所示。

　　3 系统的硬件设计

　　3.1 温湿度传感器的选择

　　温湿度数据的采集由SHT11芯片完成。该芯片是瑞士Sensirion公司生产的具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点。由于将传感器与电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。且A/D转换同时完成，并具有100%的互换性，全量程标定，以二线数字输出。SHT11的湿度测量范围为0～100%RH，温度测量范围为-40℃～+123.8℃，湿度测量精度为±3.0% RH，温度测量精度为±0.4℃，响应时间<4s，通过I2C总线与任何类型的微处理器、微控制器系统连接。

　　3.2 温湿度数据采集ZigBee从节点的设计

　　选择Chipcon公司的CC2430 做为节点的主芯片。CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee协议的SOC解决方案。在单个芯片上整合了ZigBee 射频(R F)前端、内存和微控制器，拥有1个8位8051MCU，8kB的R AM，32kB、64kB或128kB的Flash，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES128协处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。