基于ZigBee无线传感器网络的温度测量

　　0 引言

　　在现代工农业生产中，进行环境温度检测是必不可少的内容。目前，很多场合的多点分布式温度测量系统大多还是采用有线传输方式，需要在现场进行大量布线，这给系统的布设、维护和更新升级带来诸多不便。本文设计了一种基于ZigBee技术的数据传输，以RF(射频)芯片CC2430为核心，能够高效地完成对环境温度的无线检测，可以有效解决复杂布线带来的不便。

　　1 ZigBee原理

　　1.1 网络拓扑

　　基于IEEE 802.15.4标准的ZigBee无线网络技术，工作于3个频段(868 MHz，915 MHz，2.4 GHz)，数据率最高可达250Kb/s。网络拓扑可分为图1所示的星形拓扑、簇状拓扑和网状拓扑。其中，簇状拓扑和网状拓扑均有一个主控节点和若干个路由节点以及终端节点，可以实现多跳数据通信，因而覆盖范围加大，路由也可因地制宜做动态调整。所以将ZigBee传感器网络应用于测温系统，极大地提高了系统的灵活性和适用范围，弥补了有线测温系统的不足。

　　1.2 无线信道组成

　　表1为ZigBee无线信道的组成。2.4 GHz波段为全球统一的ISM频段，免费开放，有助于ZigBee设备的推广和生产成本的降低;物理层通过采用16相高阶调制技术，提供250 Kb/s的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更加省电。868 MHz是欧洲附加的ISM频段，915MHz是美国附加的ISM频段，这两个频段上的ZigBee设备避开了来自2.4GHz频段中其他无线通信设备和家用电器的无线电干扰。这两个频段上无线信号传播损耗较小，可以降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖较多的区域。为了提高传输数据的可靠性，ZigBee采用了时隙化的载波侦听和冲突避免的信道接口CAMA-CA(Carrier Sense Multipie Access with Collision Avoidanee)算法。

　　1.3 ZigBee消息方式

　　ZigBee通信消息帧有“KVP”和“Message”两种方式，其中“Message”方式的帧格式可以由用户自己定义，操作方式比较灵活，在此，选择了“Message”方式，其帧格式定义如下：

　　OTAFrome{Uintl6 StanWord;

　　Byte Length;

　　Byte Cmd;

　　Byte 3Data;

　　Byte Endbyte;};

　　可以通过定义的OTAFrame In和OTAFrame Out来接收和发送消息帧，实现无线接口。

　　2 系统组成与工作原理

　　如图2所示，单片机MSP430F149从温度传感器中得到温度数据，通过RS 232串口将数据传送给ZigBee RFD模块，模块转化为ZigBee通信协议包，再传给ZigBee FFD模块。ZigBee RFD模块以多跳通信的方式把数据包传给ZigBee协调器。协调器收到数据包后，一方面按原路返回收到数据的确认信息，最终到达发送数据的ZigBee RFD模块，实现握手通信，完成一次完整的ZigBee通信。如果没有收到协调器返回的握手信息，则ZigBee RFD模块继续发送数据，直到收到协调器返回的握手信息。另一方面，协调器把收到的温度数据传给近距离的PC机，或通过现有的其他网络(如GPRs，cDMA，Intemet等)将温度数据传送给远距离的PC机。