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摘 要：本设计采用Zigbee通信协议,使用基于CC2430的Zigbee模块作为主通信模块,使用DHT11数字温湿度传感器进行温湿度数据的采集和发送.整个系统分为一个主节点负责和PC机通信和若干子节点负责温湿度数据的采集.经试验,整个系统具有布置灵活,传输精度高和可拓展行强等特点.
关 键 词 ：Zigbee；CC2430；51单片机；DHT11
近年来,由于生产技术的提高和人们生活水平的提高,生产环境的温湿度监控和室内的温湿度监控成为人们关注的热点.对于生产,温湿度监控具有十分重要的意义,比如对于食品行业,温湿度的不同可能会影响到产品质量和合格率.而对于存储易燃易爆物品的仓库,温室度监控显得更为重要,实时的温湿度监控可以有效预防火灾的发生.在日常生活中,监控温室度数据可以实时进行室内温度调节,保持舒适的生活环境.
一、系统整体方案设计
本系统的系统架构如图1所示.系统采用Zigbee星形网络拓扑结构,设计了一个主节点,多个子节的多对一通信网络,可在不同位置架设子节点.子节点使用DHT11温湿度传感器进行温湿度采集,采用89C51单片机进行数据处理,最后交由Zigbee模块进行数据的发送.主节点与PC机通过232串口进行通信.
图1 系统整体架构
二、系统硬件设计
1.主节点设计
主节点采用CC2430-F128（128KB Flash存储器）芯片,作为整个网络的协调器,负责网络组网、维护、数据的无线接收和与上位机的通信.CC2430-F128芯片内部包含有A/D转换器、定时器、看门狗AES128协处理器同时还有2个UART接口和21个可编程I/O控制口.
本文在CC2430的典型应用电路上,加了串口通信电路,选用MAX232芯片实现TTL电平与RS232电平的转换.其硬件电路原理图如图2所示：
图2 主节点原理图
2.子节点的设计
子节点主要由DHT11数字温湿度传感器、CC2430 Zigbee通信模块和89C51单片机以及电源模块构成,其结构原理图如图3所示.从节点主要完成数据采集和发送任务,因此作为路由设备（Router）,可以接收、发送和转发数据.
DHT11可实现20～90%湿度数据的采集和0～50℃温度数据的采集,其温湿度精度分别可达到RH和俊妗HT11温湿度传感器与单片机通信时,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,其40位数据从低到高格式如下：
8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和
其中8位校验和为前32为数据和的末8位.
DHT11温湿度传感器将采集到的温湿度数据和校验数据供40位一并发送给MCU,MCU将接收到的传感器数据加上节点ID号和帧开始、帧结束标志数据共8个字节,通过串口发送到Zigbee模块上,Zigbee模块接收到MCU的串口数据后,将数据打包发送给主节点.其硬件电路图如图4所示.数据帧格式如图5所示.
图3 子节点结构原理图
图5 子节点帧格式示意图
4.子节点硬件电路图
三、结语
本文设计的基于Zigbee的无线温度采集系统经过不断的调试、修改、优化后全部能共正常工作,在验证过程中,总共设计了5个子节点和一个主节点,数据收发正常,在上位机上通过串口助手调试,能够很好的达到设计要求,并且能够在不同的环境中进行温湿度数据采集,适应性和可拓展性较强.由于Zigbee具有低成本、低功耗的特点,该设备可广泛应用于家电控制、工业控制、医疗监控、小区安防等各个领域中,无需布线,只需要将节点放置在信号可达的范围内即可.