4.2 ZigBee 無線組網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信

　　ZigBee 通信協(xié)議采用分層結構,節(jié)點通過在不同層上的特定服務來完成所要執(zhí)行的各種任務。本系統(tǒng)采用TI 提供的ZigBee2006 協(xié)議棧Z-Stack,在IEEE 802.15.4 標準物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)基礎上增加了網(wǎng)絡層、應用層和安全服務規(guī)范,是一種較好的無線傳感網(wǎng)絡組建方案。

　　ZigBee 設備類型按網(wǎng)絡功能分為三種:協(xié)調器、路由器、終端。由于本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡拓撲結構,所以只存在協(xié)調器和終端兩種設備。

　　本系統(tǒng)中主節(jié)點被初始化為網(wǎng)絡協(xié)調器。協(xié)調器包含所有的網(wǎng)絡消息, 存儲容量最大、計算能力最強。

　　它的功能是發(fā)送網(wǎng)絡信標、建立網(wǎng)絡、管理網(wǎng)絡節(jié)點、存儲網(wǎng)絡節(jié)點信息、收發(fā)信息。

　　從節(jié)點被初始化為無信標網(wǎng)絡中的終端設備。上電復位后,即開始搜索指定信道上的網(wǎng)絡協(xié)調器,并發(fā)出連接請求。建立連接成功后, 從節(jié)點將得到一個16 位的網(wǎng)絡短地址,并采用非時隙CSMA-CA 機制,通過競爭取得信道使用權,向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。各從節(jié)點每30 秒讀取一次I/O 接口上多片溫度傳感器數(shù)值, 同時開啟睡眠定時器,當數(shù)據(jù)發(fā)送成功后該節(jié)點立即進入睡眠狀態(tài),最大程度地降低功耗, 延長從節(jié)點的電池使用時間。

　　數(shù)據(jù)包的格式由從節(jié)點串接的DS18B20 的數(shù)量決定,每個DS18B20 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度定義為3 字節(jié),第1 字節(jié)為標識符,包括從節(jié)點編號,CC2430 的I/O 口編號以及此溫度傳感器的編號, 后2 個字節(jié)為溫度采集數(shù)據(jù)。

　　主節(jié)點收到數(shù)據(jù)包后, 對數(shù)據(jù)進行分析處理, 把從節(jié)點上的每個溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集值進行轉換,得到實際的溫度值,然后發(fā)送給上位PC 機。主從各節(jié)點的組網(wǎng)及通信流程如圖5 所示。

圖5 主從節(jié)點組網(wǎng)通信流程圖

　　4.3 PC 機串口通信及監(jiān)控

圖6 上位機軟件運行界面

　　上位機采用VB 編程語言編寫串口通信及數(shù)據(jù)庫程序,在工程中添加MSComm 控件實現(xiàn)串口傳輸和接收數(shù)據(jù)[4]。使用ADO 對象連接Access 數(shù)據(jù)庫,將當前數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中,將控件Pictur eBox 作為容器,實現(xiàn)曲線圖的動態(tài)顯示,此過程涉及到曲線、坐標軸、格線和坐標刻度的消隱和重繪。消隱的實現(xiàn)主要用背景色重繪曲線和網(wǎng)格線, 并覆蓋坐標刻度數(shù)字, 重繪實時曲線和坐標軸網(wǎng)格線通過Li n e 方法來實現(xiàn), 坐標軸刻度、標簽、圖標等的標注使用Print 方法實現(xiàn)[5]。

　　當程序開始運行后, 打開串口, 就可將接收到的實時數(shù)據(jù)加入到各節(jié)點的歷史溫度數(shù)據(jù)庫,同時可以從運行界面看到歷史溫度變化曲線。圖表中曲線的最右端為當前溫度, 點擊節(jié)點按鈕, 然后選中指定的溫度數(shù)據(jù)框,即可查看對應傳感器節(jié)點的溫度歷史數(shù)據(jù)和變化情況, 軟件運行時的界面如圖6 所示。

　　5 結束語

　　本文設計了一種基于ZigBee 技術的無線溫度采集系統(tǒng),采用CC2430 芯片設計主從節(jié)點,硬件結構精簡、體積小、能耗低, 所組成的無線傳感網(wǎng)絡具有自組織,自適應的特點。通過實驗調試,該溫度采集系統(tǒng)達到了設計要求,效果良好。鑒于無線傳感網(wǎng)絡技術具有功耗低、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡容量大、兼容性好、實現(xiàn)成本低等諸多優(yōu)點, 可廣泛應用于生產生活的各個領域, 尤其適用于數(shù)字家庭、智能大廈溫度控制、小區(qū)安防監(jiān)測等, 具有較好的通用性和應用前景。