基于ZigBee技术的温湿度数据采集系统设计

摘要：随着嵌入式计算、传感器、无线通信等技术的飞速发展，无线传感网被广泛应用于环境监测、军事国防和工农业控制等诸多领域，已成为电子信息技术发展的一个热点。CC2430是TI公司针对ZigBee的无线传感网芯片解决方案，具有功耗低，可靠性高，组网简单等优势。基于CC2430和ZigBee协议，设计了温湿度数据采集系统，分别给出了协调器和普通节点的软件算法，在干扰环境下测试表明，网络具有较强的鲁棒性和自组能力。
关键词：无线传感网；CC2430；ZigBee；数据采集

0 引言
随着计算机网络技术及无线移动通信技术的迅速发展，各种新的无线网络通信技术不断涌现，如GSM，3G等无线移动通信技术以及蓝牙、WiFi等无线局域网技术，它们越来越被人们所熟悉和应用。然而，这些技术的设备系统非常复杂，且功耗较大、成本很高，不便于在一些低数据速率和通信范围较小的场合使用，例如数据采集系统、智能家居等领域。近年来，无线传感网的出现为这些问题带来了更好的解决方法，其中ZigBee作为一种低复杂度、低功耗、低成本的低速率无线连接技术越来越被人们所重视，开发应用ZigBee技术的无线设备已成为业界的一个热点。本文设计一种基于ZigBee的温湿度数据采集系统，利用CC2430通信模块组建小型无线传感器网络，并实现了传感器网络的软硬件设计。其算法经干扰环境下测试表明，网络具有较强的鲁棒性和自组能力。

1 ZigBee技术及CC2430简介
1．1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的无线网络技术。它是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术，主要用于近距离无线连接。一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术是最低功耗和最低成本的技术。由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点，决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。
1．2 CC2430芯片
该设计的微处理器使用TI公司的CC2430，它可用于2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee的片上系统解决方案。CC2430内部整合了IEEE80 2．15．4标准的2．4 GHz的RF无线电收发机、内存和微控制器。它使用一个8位MCU(8051)，有128 KB的可编程闪存和8 KB的RAM，同时还包含ADC、定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、掉电检测电路等。CC2430芯片采用0．18μm CMOS工艺生产，封装尺寸仅7 mm×7 mm。微处理器全速工作频率为32 MHz，在接收和发射模式下，电流损耗约为27 mA。CC2430的休眠模式以及其从休眠模式转换到工作模式的超短时间(在微秒级)的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

2 数据采集系统总体架构
无线传感器网络终端节点主要由数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和电源管理模块组成。数据采集模块负责通过各种类型的传感器采集物理信息；数据处理模块负责控制整个节点的处理操作、功耗管理以及任务管理等；数据通信模块负责与其他节点进行无线通信，它通过ZigBee无线电波将数据传送到路由节点或主协调器节点，路由节点再将数据转送到主协调器节点或经过上级路由节点转给主协调器节点，主协调器节点通过RS 232串口将所有信息汇集传至PC机或服务器。数据采集系统总体架构图如图1所示。