基于ZigBee家居環(huán)境的監(jiān)測及控制

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)溫度實時監(jiān)控及日光燈控制，設(shè)計了一種基于CC2430片內(nèi)溫度傳感器的溫度監(jiān)測及日光燈控制系統(tǒng)。實現(xiàn)利用片內(nèi)溫度傳感器檢測環(huán)境溫度、節(jié)點溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送、主節(jié)點對溫度數(shù)據(jù)的接收顯示及對日光燈開關(guān)控制。
關(guān)鍵詞：ZigBee；802．15．4協(xié)議；溫度檢測

0 引言
    近年來，無線通信的成本越來越低，可靠性和傳輸速率越來越高，并且無線通信技術(shù)不需要進行復雜的布線，組網(wǎng)靈活，這些都為無線通信技術(shù)的廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。
    基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)是對家居高度自動化、智能化的要求提出的一種新的解決方案，主要通過計算機的上位機軟件采集室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，遠程控制各種家居電器，實現(xiàn)家居控制、環(huán)境參數(shù)檢測的完全自動化、智能化。ZigBee采用IEEE 802．15．4標準，利用全球共用的2．4GHz公共頻率進行無線測量和系統(tǒng)監(jiān)控，具有明顯的低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多、傳輸距離遠等優(yōu)勢。目前，ZigBee技術(shù)已被視為替代有線監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一。設(shè)備以CC2430為控制核心單元，采集溫度和控制日光燈；利用串口通信，通過上位機VB界面程序來顯示采集到的溫度，發(fā)出控制日光燈的命令，完成相應的控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1．1 CC2430模塊設(shè)計
    微處理器(MCU)是整個系統(tǒng)的核心，負責處理大量數(shù)據(jù)。由于工程的需要，MCU要具有低功耗的性能，因此，在本設(shè)計中選用具有強大數(shù)據(jù)處理能力和超低功耗的CC2430。CC2430是一款專用于IEEE 802．15．4和ZigBee協(xié)議通信的片上系統(tǒng)解決方案，集控制芯片與射頻模塊于一起的芯片。并且內(nèi)部具有溫度感測功能。

1．2 USB轉(zhuǎn)串口電路設(shè)計
    由終端節(jié)點采集到的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳到Switch節(jié)點，Switch節(jié)點需要將溫度數(shù)據(jù)傳送到PC機，采用USB轉(zhuǎn)串口電路，可以通過USB總線傳輸RS-232數(shù)據(jù)，在這種情況下，PC端的VB軟件依然是針對RS232串行端口(COM PORT)編程的，外設(shè)也是以RS232為數(shù)據(jù)通信通道，但從PC到外設(shè)之間的物理連接卻是USB總線，其上的數(shù)據(jù)通信也是USB數(shù)據(jù)格式。串行通信接口電路如圖2所示。

    其中CH340是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)打印口。
1．3 繼電器控制電路
    利用CC2430的I／O口來控制日光燈的開關(guān)，繼電器控制電路如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    基于ZigBee的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要分為三部分：采集端的數(shù)據(jù)采集發(fā)送和日光燈開關(guān)命令接收、接收端的數(shù)據(jù)接收和日光燈開關(guān)命令發(fā)送，以及上位機程序界面的設(shè)計。
    主程序主要完成硬件初始化，Switch模式與Light模式的差別，并轉(zhuǎn)至相應處理。主程序的流程圖如圖4所示。相應Switch節(jié)點主要處理串口初始化，射頻初始化，并根據(jù)標志位，發(fā)送溫度采集或者開關(guān)燈命令。Light節(jié)點，則首先進行射頻初始化，然后準備接收命令，根據(jù)接收的命令進行開關(guān)燈或者溫度采集。
    圖4主程序流程
    Switch節(jié)點流程圖如圖5所示。

    Ligbt節(jié)點程序流程圖如圖6所示。
    從節(jié)點使用片內(nèi)溫度傳感器檢測環(huán)境溫度

  


3 實驗測試
3．1 溫度數(shù)據(jù)采集
    上位機采用Ⅶ開發(fā)，設(shè)置好串口，點擊采集按鈕，在顯示窗口將會顯示Light節(jié)點的溫度值及采集的時間和日期；點擊保存數(shù)據(jù)按鈕，將會把數(shù)值保存在E盤的data文件夾中，控制界面如圖7所示。

3．2 日光燈開關(guān)控制
    點擊開／關(guān)按鈕，將會控制Light節(jié)點的日光燈，同時指示燈變?yōu)榫G色，表示日光燈已經(jīng)開啟；當再一次點擊開／關(guān)按鈕時，Light節(jié)點的日光燈將會關(guān)閉，同時指示燈變?yōu)榧t色。