【導讀】構，這個系統(tǒng)的溫度采集終端設備可以在系統(tǒng)網(wǎng)絡的一定范圍之內(nèi)采集溫度。網(wǎng)絡上傳至上位機。在PC機上數(shù)據(jù)信息處理程序?qū)Σ杉降臏囟葦?shù)據(jù)進行處理。這個系統(tǒng)可以應用于工業(yè)控制或者農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對溫度的檢測和控制，減。少了有線網(wǎng)絡的布線成本。

　　

【正文】 圖 10 協(xié)調(diào)器軟件設計流程圖 協(xié)調(diào)器初始化 建立一個網(wǎng)絡 建立網(wǎng)絡成功？ 廣播網(wǎng)絡 ID、信道等 接收模式 判斷接收數(shù)據(jù)類型 更新設備關聯(lián) 表 允許節(jié)點加入分配網(wǎng)絡地址 中斷返回 通過 RS232 傳給PC 接收數(shù)據(jù)包 系統(tǒng)復位上電 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 18 路由器軟件設計 在路由器上電前，選擇項目設備的名稱為“ Router”。在上電后，先進行設備的初始化，然后選擇在一個能量合適的信道上進行網(wǎng)絡搜索。當選擇好信道之后，路由器就會周期性的向周圍網(wǎng)絡發(fā)送請求包來尋求協(xié)調(diào)器的回復。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，并通過這個地址向協(xié)調(diào)器發(fā)送一個關聯(lián)請求的包，請求的目的是為了尋求加入網(wǎng)絡。等到收到 MAC 層的確認幀之后，然后發(fā)送一個數(shù)據(jù)請求的包來尋求協(xié)調(diào)器分配給的 16 位網(wǎng)絡短地址 。在路由器收到含有短地址的包之后，接下來就配置自己的短地址，然后就可以通過這個短地址與協(xié)調(diào)器進行應用層的數(shù)據(jù)通信，如此一來就表示路由器已經(jīng)加入網(wǎng)絡了。路由器為傳感器終端節(jié)點轉發(fā)信息，連接協(xié)調(diào)器和傳感器來實現(xiàn)他們兩者之間的數(shù)據(jù)交換，保障每一個數(shù)據(jù)準確無誤地傳輸?shù)竭_目的，其流程圖如下。 Y 入網(wǎng)請求 采集的數(shù)據(jù)包 嘗試加入網(wǎng)絡 允許節(jié)點加入 發(fā)送數(shù)據(jù)包 給協(xié)調(diào)器 更新設備關聯(lián)表 獲取網(wǎng)絡地址 加入網(wǎng)絡成功 ？ 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)設計 19 圖 11 路由器軟件設計流程圖 溫度傳感器節(jié)點設計 這個系統(tǒng)的溫度采集傳感器節(jié)點上電啟動，它將會主動掃描指定的頻道，并且向協(xié)調(diào)器發(fā)出入網(wǎng)請求和嘗試加入網(wǎng)絡，如果不成功，則將再次掃描加入網(wǎng)絡。加入成功后，就到協(xié)調(diào)器分配的網(wǎng)絡地址，當它沒有任務時就進入休眠狀態(tài)，以降低系統(tǒng)功耗，增加使用時間，當任務出現(xiàn)時，喚醒系 統(tǒng)，傳感器節(jié)點會每隔一定的周期采集、讀取周圍環(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)打包傳給就進的父節(jié)點。如果傳輸成功，將會再次進入休眠狀態(tài)，如果不成功，需要重新傳輸數(shù)據(jù)，直到成功為止。終端設備通信流程如圖所示。 N Y N Y Y N 嘗試 加入網(wǎng)絡 加入網(wǎng)絡成功？ 進入休眠狀態(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 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)點初始化 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 20 圖 12 終端設備通信流程圖 上位機與協(xié)調(diào)器 之間的通信設計 協(xié)調(diào)器與上位機之間的通信是通過 RS232 串口，傳輸速率為 9600bps，無校驗位， 8 個數(shù)據(jù)位， 1 位停止位，流程圖如下。 圖 13 串口通信軟件設計流程圖 上位機的功能簡介 上位機軟件主要完成對每個節(jié)點信息的匯總、分析與顯示。本設計采用Microsoft Visual （中文版）開發(fā)環(huán)境進行設計。 Visual 簡單易學同時又功能強大，可以方便的 支撐上位機的開發(fā)和設計。 本設計中，采集到的數(shù)據(jù)通過串口讀入，并創(chuàng)建 Excel 文件用來保存數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)可以實時地顯示在文本框中。為了反映數(shù)據(jù)的變化趨勢，溫度值還將通過折線圖繪制出來，而溫度值可能來自于不同的節(jié)點，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)點的溫度值分別繪圖，上位機允許在不同節(jié)點的折線圖之間切換。 傳輸數(shù)據(jù)信號 復制串口輸入數(shù)據(jù) 回車檢 測 通過串口傳輸數(shù)據(jù)到設備 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 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 21 5 無線溫度采集系統(tǒng)的入網(wǎng) 溫度采集系統(tǒng)中的每個設備的 ZigBee 協(xié)議棧必須對網(wǎng)絡層以及應用層進行初始化工作，由于每個網(wǎng)絡都只能配備唯一的一個協(xié)調(diào)器節(jié)點，所以，我們需要在事先約 定好的協(xié)調(diào)器上對 PAN 協(xié)調(diào)器進行初始化的工作。待到 PAN 協(xié)調(diào)器初始化完畢后，再對其定義一個 PAN ID。我們也可以通過偵聽附近網(wǎng)絡的 ID，從而來確定自己且不會沖突的 ID。 每一個 PAN 協(xié)調(diào)器設備都擁有唯一固定的一個 62bit MAC 地址，通常稱為擴展地址。但是為了使系統(tǒng)內(nèi)的所有節(jié)點能方便而且高效的進行數(shù)據(jù)傳輸，于是在建立網(wǎng)絡的同時，網(wǎng)絡內(nèi)的所有溫度數(shù)據(jù)采集節(jié)點還被分配了一個 16bit 的網(wǎng)絡地址，即短地址來確定自己在網(wǎng)絡中的標識。系統(tǒng)網(wǎng)絡的組網(wǎng)過程如圖 所示： 圖 13 無線采集系統(tǒng)入網(wǎng)流程圖 建立 PAN 協(xié)調(diào)節(jié)點 設置網(wǎng)絡的唯一標示識 設置協(xié)調(diào)器的短地址 選擇頻率通道 啟動 Zigbee 網(wǎng)絡 下級節(jié)點加入網(wǎng)絡 傳輸數(shù)據(jù) 初始化協(xié)議棧 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 22 本文詳細介紹了 ZigBee 協(xié)議棧和基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)的設計過程，設計中將系統(tǒng)分為上位機和下位機兩部分。下位機使用成都無線龍 C51RF3PK開發(fā)系統(tǒng)進行開發(fā)調(diào)試，通過 CC2430 芯片搭建無線傳感器網(wǎng)絡，并采集節(jié)點的溫度值。所采集到的數(shù)據(jù)值通過 RS232 傳輸?shù)缴衔粰C。上位機通過 visual Basic編寫，用以實時顯示數(shù)據(jù)并繪出折線圖，此外，還需要能夠查看過往數(shù)據(jù)。 由于本設計是以當 下較為流行的 ZigBee 無線通信技術為基礎的， ZigBee 技術具有 近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本 等優(yōu)點，因而成本和功耗方面的是本設計的一大優(yōu)勢。同時，由于 ZigBee 技術組網(wǎng)方便，網(wǎng)絡容量大，可以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上多點的溫度檢測，應用前景比較廣泛。在設計時，也充分考慮了應用的便捷性，充分體現(xiàn)在上位機友好的節(jié)面設計上。 當然，本設計仍然存在一些不足，需要改進和提高。例如，本設計的穩(wěn)定性還不能達到應用的要求，數(shù)據(jù)的存儲方式還可以進一步改善，這些以后都會進一步研究和實現(xiàn)。 然而， ZigBee 技術的應用前景 是十分明朗的，成本和功耗方面的優(yōu)勢使其在市場中十分具有競爭力。尤其在物聯(lián)網(wǎng)技術已成為當下熱點命題之一的時候，ZigBee 技術的應用價值就更為重要了，可以想見，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的成長，ZigBee 技術也將日趨成熟。 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 23 參考文獻 [1] 黃永軍 . ZigBee 遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [D].武漢：武漢理工大學碩士論文 ,2021,6 [2] 王雪 . 無線傳感器網(wǎng)絡測量系統(tǒng) [M], 北京 :機械工業(yè)出版社 , 2021:212 [3] 洪文平 . ZigBee 在無線感測網(wǎng)路之發(fā)展 .情報顧問 產(chǎn)業(yè)研究報告， 20213 [4] 孫利民，李建中，陳渝等 .無線傳感器網(wǎng)絡 [M].北京：清華大學出版社， 2021 [5] 李文仲 ,段朝玉 .ZigBee2021 無線網(wǎng)絡與無線定位實戰(zhàn) [M].北京 北京航天航空大學出版社 ,. [6] 徐小濤，吳延林 . 無線個域網(wǎng)（ WPAN）技術及其應用 [M].北京：人民郵電出版社， [7] 顧瑞紅，張宏科 .基于 ZigBee 的無線網(wǎng)絡技術及其應用 [J],網(wǎng)絡通信世界 ,2021. [8] 崔遜學，趙湛等 .無線傳感器網(wǎng)絡的領域應用與設計技術 [M].北京：國防工業(yè)出版社， [9] 瞿雷，劉盛德，胡咸斌 . ZigBee 技術及應用 [M]北京：北京航空航天大學出版社 , [10] 趙蕓，張浩 .彭道剛， ZigBee 無線網(wǎng)絡技術的應用 [J]，機電一體化， . 基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)設計 24 致謝 本 人完成的畢業(yè)設計 及學位論文是在 趙天翔老師 的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到 試驗 的 實施直至 最終完成， 趙天翔 老師都始終給予我細心的指導和不懈的 支持 ，使我不僅增強了自學的能 力，而且對軟件仿真有了更加深刻的認識，學會了 Zigbee 的基本知識。在此特別向趙天翔老師致以真摯的謝意。 此外 ，我還要感謝在一起愉快的度過 本科 生活的 各位同學。 正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 回顧我的大學學習生活，我要向所有關心和培養(yǎng)我們的各級領導、授予我知識的各位尊敬的任課老師們、關心我們生活的輔導員以及陪伴我大學生涯的同學和朋友們表示真摯的謝意！