【導(dǎo)讀】構(gòu)，這個(gè)系統(tǒng)的溫度采集終端設(shè)備可以在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一定范圍之內(nèi)采集溫度。網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)。在PC機(jī)上數(shù)據(jù)信息處理程序?qū)Σ杉降臏囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行處理。這個(gè)系統(tǒng)可以應(yīng)用于工業(yè)控制或者農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)溫度的檢測(cè)和控制，減。少了有線網(wǎng)絡(luò)的布線成本。

　　

【正文】 圖 10 協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)流程圖 協(xié)調(diào)器初始化 建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 建立網(wǎng)絡(luò)成功？ 廣播網(wǎng)絡(luò) ID、信道等 接收模式 判斷接收數(shù)據(jù)類型 更新設(shè)備關(guān)聯(lián) 表 允許節(jié)點(diǎn)加入分配網(wǎng)絡(luò)地址 中斷返回 通過(guò) RS232 傳給PC 接收數(shù)據(jù)包 系統(tǒng)復(fù)位上電 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 路由器軟件設(shè)計(jì) 在路由器上電前，選擇項(xiàng)目設(shè)備的名稱為“ Router”。在上電后，先進(jìn)行設(shè)備的初始化，然后選擇在一個(gè)能量合適的信道上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索。當(dāng)選擇好信道之后，路由器就會(huì)周期性的向周?chē)W(wǎng)絡(luò)發(fā)送請(qǐng)求包來(lái)尋求協(xié)調(diào)器的回復(fù)。在 Router接收到超幀之后，協(xié)調(diào)器的 MAC 地址保存在路由器中，并通過(guò)這個(gè)地址向協(xié)調(diào)器發(fā)送一個(gè)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求的包，請(qǐng)求的目的是為了尋求加入網(wǎng)絡(luò)。等到收到 MAC 層的確認(rèn)幀之后，然后發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的包來(lái)尋求協(xié)調(diào)器分配給的 16 位網(wǎng)絡(luò)短地址 。在路由器收到含有短地址的包之后，接下來(lái)就配置自己的短地址，然后就可以通過(guò)這個(gè)短地址與協(xié)調(diào)器進(jìn)行應(yīng)用層的數(shù)據(jù)通信，如此一來(lái)就表示路由器已經(jīng)加入網(wǎng)絡(luò)了。路由器為傳感器終端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息，連接協(xié)調(diào)器和傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)他們兩者之間的數(shù)據(jù)交換，保障每一個(gè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)竭_(dá)目的，其流程圖如下。 Y 入網(wǎng)請(qǐng)求 采集的數(shù)據(jù)包 嘗試加入網(wǎng)絡(luò) 允許節(jié)點(diǎn)加入 發(fā)送數(shù)據(jù)包 給協(xié)調(diào)器 更新設(shè)備關(guān)聯(lián)表 獲取網(wǎng)絡(luò)地址 加入網(wǎng)絡(luò)成功 ？ 判斷接收數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)包發(fā)送 ？成 ?功功？ 路由器初始化 N N Y Y 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 圖 11 路由器軟件設(shè)計(jì)流程圖 溫度傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 這個(gè)系統(tǒng)的溫度采集傳感器節(jié)點(diǎn)上電啟動(dòng)，它將會(huì)主動(dòng)掃描指定的頻道，并且向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求和嘗試加入網(wǎng)絡(luò)，如果不成功，則將再次掃描加入網(wǎng)絡(luò)。加入成功后，就到協(xié)調(diào)器分配的網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)它沒(méi)有任務(wù)時(shí)就進(jìn)入休眠狀態(tài)，以降低系統(tǒng)功耗，增加使用時(shí)間，當(dāng)任務(wù)出現(xiàn)時(shí)，喚醒系 統(tǒng)，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)每隔一定的周期采集、讀取周?chē)h(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)打包傳給就進(jìn)的父節(jié)點(diǎn)。如果傳輸成功，將會(huì)再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，如果不成功，需要重新傳輸數(shù)據(jù)，直到成功為止。終端設(shè)備通信流程如圖所示。 N Y N Y Y N 嘗試 加入網(wǎng)絡(luò) 加入網(wǎng)絡(luò)成功？ 進(jìn)入休眠狀態(tài) 是否有數(shù)據(jù)要 發(fā) 送？ 發(fā)送數(shù)據(jù)包給父節(jié)點(diǎn) 系統(tǒng)喚醒并讀取溫度 數(shù)據(jù)包發(fā)送成功？ 傳感器節(jié)點(diǎn)初始化 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 12 終端設(shè)備通信流程圖 上位機(jī)與協(xié)調(diào)器 之間的通信設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器與上位機(jī)之間的通信是通過(guò) RS232 串口，傳輸速率為 9600bps，無(wú)校驗(yàn)位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 位停止位，流程圖如下。 圖 13 串口通信軟件設(shè)計(jì)流程圖 上位機(jī)的功能簡(jiǎn)介 上位機(jī)軟件主要完成對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)信息的匯總、分析與顯示。本設(shè)計(jì)采用Microsoft Visual （中文版）開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。 Visual 簡(jiǎn)單易學(xué)同時(shí)又功能強(qiáng)大，可以方便的 支撐上位機(jī)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)中，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口讀入，并創(chuàng)建 Excel 文件用來(lái)保存數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)地顯示在文本框中。為了反映數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，溫度值還將通過(guò)折線圖繪制出來(lái)，而溫度值可能來(lái)自于不同的節(jié)點(diǎn)，因而在數(shù)據(jù)從串口讀入之后需要提取出節(jié)電地址和溫度值，不同節(jié)點(diǎn)的溫度值分別繪圖，上位機(jī)允許在不同節(jié)點(diǎn)的折線圖之間切換。 傳輸數(shù)據(jù)信號(hào) 復(fù)制串口輸入數(shù)據(jù) 回車(chē)檢 測(cè) 通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)到設(shè)備 串口接收字符數(shù)據(jù) 串口輸入緩沖區(qū)為 空 接收數(shù)據(jù) 啟動(dòng) 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 5 無(wú)線溫度采集系統(tǒng)的入網(wǎng) 溫度采集系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備的 ZigBee 協(xié)議棧必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層進(jìn)行初始化工作，由于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都只能配備唯一的一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，所以，我們需要在事先約 定好的協(xié)調(diào)器上對(duì) PAN 協(xié)調(diào)器進(jìn)行初始化的工作。待到 PAN 協(xié)調(diào)器初始化完畢后，再對(duì)其定義一個(gè) PAN ID。我們也可以通過(guò)偵聽(tīng)附近網(wǎng)絡(luò)的 ID，從而來(lái)確定自己且不會(huì)沖突的 ID。 每一個(gè) PAN 協(xié)調(diào)器設(shè)備都擁有唯一固定的一個(gè) 62bit MAC 地址，通常稱為擴(kuò)展地址。但是為了使系統(tǒng)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)能方便而且高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，于是在建立網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有溫度數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)還被分配了一個(gè) 16bit 的網(wǎng)絡(luò)地址，即短地址來(lái)確定自己在網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)識(shí)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)過(guò)程如圖 所示： 圖 13 無(wú)線采集系統(tǒng)入網(wǎng)流程圖 建立 PAN 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn) 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的唯一標(biāo)示識(shí) 設(shè)置協(xié)調(diào)器的短地址 選擇頻率通道 啟動(dòng) Zigbee 網(wǎng)絡(luò) 下級(jí)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò) 傳輸數(shù)據(jù) 初始化協(xié)議棧 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 本文詳細(xì)介紹了 ZigBee 協(xié)議棧和基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)中將系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)使用成都無(wú)線龍 C51RF3PK開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)調(diào)試，通過(guò) CC2430 芯片搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并采集節(jié)點(diǎn)的溫度值。所采集到的數(shù)據(jù)值通過(guò) RS232 傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)通過(guò) visual Basic編寫(xiě)，用以實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)并繪出折線圖，此外，還需要能夠查看過(guò)往數(shù)據(jù)。 由于本設(shè)計(jì)是以當(dāng) 下較為流行的 ZigBee 無(wú)線通信技術(shù)為基礎(chǔ)的， ZigBee 技術(shù)具有 近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本 等優(yōu)點(diǎn)，因而成本和功耗方面的是本設(shè)計(jì)的一大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于 ZigBee 技術(shù)組網(wǎng)方便，網(wǎng)絡(luò)容量大，可以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，應(yīng)用前景比較廣泛。在設(shè)計(jì)時(shí)，也充分考慮了應(yīng)用的便捷性，充分體現(xiàn)在上位機(jī)友好的節(jié)面設(shè)計(jì)上。 當(dāng)然，本設(shè)計(jì)仍然存在一些不足，需要改進(jìn)和提高。例如，本設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性還不能達(dá)到應(yīng)用的要求，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式還可以進(jìn)一步改善，這些以后都會(huì)進(jìn)一步研究和實(shí)現(xiàn)。 然而， ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用前景 是十分明朗的，成本和功耗方面的優(yōu)勢(shì)使其在市場(chǎng)中十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。尤其在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為當(dāng)下熱點(diǎn)命題之一的時(shí)候，ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值就更為重要了，可以想見(jiàn)，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成長(zhǎng)，ZigBee 技術(shù)也將日趨成熟。 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 參考文獻(xiàn) [1] 黃永軍 . 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