在糧庫溫控系統(tǒng),、冷庫溫控系統(tǒng),、智能化建筑控制系統(tǒng)、中央空調系統(tǒng)等眾多應用系統(tǒng)中都需要多點分布式" title="分布式">分布式溫度" title="溫度">溫度測量系統(tǒng),。傳統(tǒng)的多點分布式溫度報警系統(tǒng)" title="報警系統(tǒng)">報警系統(tǒng)大多采用有線傳輸方式,，布線繁瑣、耗材多,、造價高,、功耗大、擴展性能差,、更新升級代價大,、影響美觀。而且由于采用硬線連接,，線路容易老化或遭到腐蝕,、磨損等，故障發(fā)生率和誤報率高,。
本文將ZigBee技術與溫度測量技術結合起來,，構成單總線、低功耗,、抗干擾能力強,、組網(wǎng)靈活的分布式無線溫度報警系統(tǒng)，避免了有線系統(tǒng)帶來的諸多不便,，提高了溫度采集監(jiān)控的性能,。
1 分布式無線溫度報警系統(tǒng)總體設計
分布式無線溫度報警系統(tǒng)主要由3個部分組成： 溫度采集終端、協(xié)調器和監(jiān)控終端,。分布式無線溫度報警系統(tǒng)的整體架構如圖1所示,。
其中溫度采集終端功能為完成溫度信息的自動采集和無線傳輸,。協(xié)調器功能為負責整個傳輸系統(tǒng)的初始化，提供安全管理服務,，通過串口接口與監(jiān)控終端的單片機進行數(shù)據(jù)通信,。監(jiān)控終端的功能為對協(xié)調器設備上傳的數(shù)據(jù)進行分析并作出相應的處理。
2 溫度采集終端硬件設計
溫度采集終端由CC2430,、DS18B20,、RT9002、LED,、電源電路等組成,。智能型溫度傳感器DS18B20的輸出為數(shù)字信號，直接連接到CC2430的I2C口,。采集終端采用電池供電方式,，5V鋰電池經(jīng)XC6221A302MR降壓至3．3V供終端節(jié)點使用。采集終端硬件部分原理圖如圖2所示,。
2．1 CC2430芯片介紹
CC2430是Chipeon公司推出的用來實現(xiàn)嵌入式ZigBee應用的片上系統(tǒng),。它支持2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee協(xié)議。該芯片延用以往CC2420芯片的結構,，在單個芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端,、內(nèi)存和微控制器。它使用一個8位MCU(8051),，具有32／64／128kB可編程閃存
和8kB的RAM,，還包含模／數(shù)轉換器(ADC)、幾個定時器,、AES-128安全協(xié)議處理器,、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路和掉電檢測電路,。CC2430的低功耗無線通信能力,、高性能的處理和傳輸能力以及網(wǎng)絡容量大等獨特的設計使其成為分布式無線溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)硬件實現(xiàn)的最佳選擇之一。
2．2 DS18B20芯片介紹
DS18B20是美國Dallas公司生產(chǎn)的“一線總線”接口的數(shù)字化傳感器,。其具體功能特點為：3．0～5．5V單電源供電,；微型化、低功耗,、抗干擾能力強,、易與微處理器接口；溫度測量范圍為-55～+125℃,，測溫分辨率可達0．5℃,；3引腳TO-92小體積封裝(GND腳接地，DQ腳作為信號線,，VCC腳接電源),；可編程為9～12位A／D轉換精度,；只需一根端口線就能與MCU通訊；每只DS18B20有惟一的序列號并可存入其ROM中,，便于實現(xiàn)多芯片多點測量,；在使用中不需要任何外圍元件；用戶可自設定非易失性的報警上下限值,。本系統(tǒng)采用DS18B20可以簡化系統(tǒng)結構,，提高系統(tǒng)可靠性，能較好地對環(huán)境復雜的場所進行長時間溫度采集,。
3 協(xié)調器硬件設計
協(xié)調器是分布式無線溫度報警系統(tǒng)的核心,，負責溫度采集終端的自動組網(wǎng),，接收采集終端的溫度信息并將其上傳給監(jiān)控終端,。協(xié)調器由CC2430、RT9002,、LED,、電源電路、串口電路等組成,。CC2430通過RS-232和監(jiān)控終端進行通信,，MAX232實現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的轉換，然后通過9針串口和監(jiān)控終端進行通信,，其中MAX232的TXD／RXD端分別接CC2430的P0．3／P0．2端口,。狀態(tài)指示燈接CC2430的P2．0口，當模塊初始化完成后,，狀態(tài)指示燈亮,，表明協(xié)調器工作正常。協(xié)調器的電源供應為市電,，不需要更換電池,，而且不必擔心協(xié)調器電源耗盡。市電經(jīng)變壓器轉換為6～12V直流電,，然后送RT9002芯片轉換成3．3V直流電供協(xié)調器使用,。天線設計要注意阻抗匹配，CC2430射頻輸入,、輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗,，使其輸入輸出阻抗為50 Ω，同時為芯片內(nèi)部的PA及LNA提供直流偏置,。硬件部分原理圖如圖3所示,。
4 監(jiān)控終端硬件設計
監(jiān)控終端由8031、7406,、PB2130UP002A(壓電式蜂鳴器),、電源電路等組成,。8031通過RS-232接收協(xié)調器上傳的數(shù)據(jù)，MAX232實現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的轉換,，其中MAX232的TXD／RXD端分別接8031的P3．0／P3．1口,。低電平驅動器7406實現(xiàn)TTL電平轉換，7406的輸入端接803 1的P1．0口,，輸出端與PB2130UP002A連接,。當被監(jiān)測溫度超過設定門限值時，8031的PL0口輸出高電平“1”,，7406的輸出為低電平“0”,，使壓電蜂鳴器獲得將近5V的直流電壓，產(chǎn)生蜂鳴音,。當被監(jiān)測溫度低于設定門限值時,，P1．0口輸出低電平“0”，7406的輸出端升高約+5V,，壓電蜂鳴器的兩端直流電壓降至接近于0V,，無蜂鳴音。監(jiān)控終端的電源供電應為市電,，市電經(jīng)變壓器轉換為6～12V直流電,，然后送78L05穩(wěn)壓集成電路轉換成5V直流電供蜂鳴器使用。硬件部分原理圖如圖4所示,。
5 系統(tǒng)測試及結論
根據(jù)上述系統(tǒng)設計方案,，構造了含四個溫度采集終端的分布式無線溫度報警系統(tǒng)。系統(tǒng)測試是將四個zigBee節(jié)點分布到一個大倉庫的四個角落里,，ZigBee節(jié)點與協(xié)調器節(jié)點之間的距離在50m左右,。測試結果為：當被測溫度在高于閾值上限或低于閾值下限時，蜂鳴器工作,，說明溫度此時處于不正常狀態(tài),，需要做出相應的處理；當溫度在閾值范圍內(nèi)浮動時,，蜂鳴器不工作,，說明此時溫度處于正常狀態(tài)。
系統(tǒng)實驗測試結果表明：本設計能實現(xiàn)溫度信息的采集,、無線傳輸,，監(jiān)控終端對接收到的溫度信息做出相應的處理，達到了設計的目的,，有一定的實用價值,。
6 結束語
ZigBee無線通信技術解決了分布式有線溫度采集系統(tǒng)布線繁瑣，維護,、升級,、擴展困難等問題,。用DS18B20來測量溫度，解決了傳統(tǒng)溫度采集硬件電路復雜的問題,。ZigBee技術和DS18B20的結合簡化了系統(tǒng)設計,，減少了布線工作量，降低了系統(tǒng)成本,，提高了測量精度,，增強了抗干擾能力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,，增強了實用性,。