基于ZigBee无线传感器网络的温度测量

摘要：ZigBee是一种短距离的双向无线通信技术，技术特点可以概括为4低：低复杂度、低功耗、低数据速率及低成本。它主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。为了避免温度监控节点与数据集中器之间系统安装过程中烦琐的布线工作，采用ZigBee技术进行数据传输。在此对ZigBee技术进行分析和对CC2430芯片进行研究，并介绍了系统构成和组成原理，做了温度测量的实验，温度监测结果以数据、曲线等方式在数据集中器人机界面上显示。实践结果表明，该设计达到了预期目标。
关键词：ZigBee；无线通信；温度测量；人机界面

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。