2 分布式溫度采集系統(tǒng)原理
本系統(tǒng)由三類節(jié)點(diǎn)組成：ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)。圖2所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調(diào)器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點(diǎn)。多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后匯聚節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理并顯示給用戶。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以與多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)區(qū)域，何時(shí)檢測(cè)哪個(gè)區(qū)域通常由用戶通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來(lái)控制。當(dāng)被檢測(cè)區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)距離傳感器節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，可以通過(guò)增加路由器節(jié)點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。

3 節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
3．1 ZigBee無(wú)線收發(fā)器CC2430
無(wú)線模塊可選用無(wú)線收發(fā)器CC2430來(lái)實(shí)現(xiàn)。CC2430是挪威Chipcon公司的一款真正符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的片上ZigBee產(chǎn)品。CC2430采
用Chipcon公司最新的SmaitRF03技術(shù)和0．18μmCMOS工藝制造，采用7×7 mm QLP48封裝。該芯片除了包括RF收發(fā)器外，還集成了加強(qiáng)型805lMCU、32／64／128 KB的Flash內(nèi)存、8 KB的RAM、ADC、DMA和看門狗等。CC2430工作在2．4GHz頻段，采用低電壓(2．O～3．6 V)供電，且功耗很低(接收數(shù)據(jù)時(shí)為27 mA，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為25 mA)、靈敏度高(-97 dBm)、最大輸出為24dBm、最大傳送速率為250 kb／s。CC2430的外圍元件數(shù)目很少，它使用非平衡天線，因?yàn)檫B接非平衡變壓器可使天線性能更好。CC2430無(wú)線單片機(jī)在待機(jī)時(shí)的電流消耗僅0．2μA，在32 kHz晶體時(shí)鐘下運(yùn)行時(shí)的電流消耗小于1 μA。因此，使用小型電池壽命可以長(zhǎng)達(dá)10年。
3．2 ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)如圖3所示，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。RF的輸入／輸出是高阻和差動(dòng)的，用于RF口最合適的差動(dòng)負(fù)載是(115+j180)Ω。當(dāng)使用不平衡天線(例如單極天線)時(shí)，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當(dāng)使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運(yùn)行在使用低成本的單獨(dú)電感器和電容器的場(chǎng)合。電源模塊用于CC2430的數(shù)字I／O和部分模擬I／O的供電，供電電壓為2．0～3．6 V。CC2430可以同時(shí)接32 MHz和32．768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。串口電路用于CC2430將接收到的數(shù)據(jù)傳送給上位工控機(jī)，由于上位工控機(jī)與CC2430的電平不一致，所以需要一個(gè)MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。

3．3 路由器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
路由器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此，該電路比較簡(jiǎn)單，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊和晶振電路組成。