一种Zigbee技术的温湿度检测

黄光华 王俊渊

摘 要 本文利用ZigBee协议建立一个简易的ZigBee网络，实现两点之间无线传输，DHT11高精度数字传感器对温湿度进行采集，以OLED作为数据图像显示。再加上温湿度超标报警模块，形成了一个简单的点对点无线传输的实时监控系统。

【关键词】ZigBee协议栈；数字温湿度传感器；OLED液晶屏

1 前言

药品、粮食以及某些食物存放在仓库中，保存是对其环境的要求严格，它们都要求温湿度在一定的范围内，这样才能保证不会出现物品变质。本设计无线通信网络由ZigBee协议构建，以此传输仓库中数据。ZigBee网络传输速度快，覆盖范围广，构建的节点数目多，成本低，操作简单，适合各类仓库检测。

2 系统方案设计

在本设计采用点对点的方式数据传输，一个节点作为从机设备发送信号，另一节点作为主机进行接收。在电源模块，晶振模块，RF模块等一些基础模块主要是形成一个有效的无线收发信号系统，因此两个节点都需要加入这些基本模块。从机模块由温湿度采集模块采集数据， CC2530主芯片数据处理，再由RF模块将8字节数据包发送出去。主机数据接收由CC2530构成的核心电路完成，经处理后发送到OLED上显示。采集到的温湿度超过超出设定值后启动报警模块。

3 系统硬件设计

3.1 Zigbee 最小系统设计

ZigBee最小系统主要是以CC2530芯片为核心，由32.768KHz晶振构成的基准时钟，以32M晶振设计作为震荡时钟，加上RF射频电路形成一个稳定的无线传输系统。电路中电容和电感组成滤波电路防止高频干扰。

3.2 电源稳压模块设计

由于CC2530芯片工作电压为3.3V，选用一款高效的线性稳压器AMS1117，可高效地将5V电压转换成3.3V输出。

3.3 温湿度采集模块

温湿度模块采用数字传感器DHT11为核心，DHT11传感器内部包含了一个精密的电阻式测湿度元器件和一个精密NTC测温度元器件，如图1。 在外部电路设计上，由于DATA数据引脚采用CMOS漏极开路，本身不具备驱动能力，因此需要上拉一个电阻R3；保证时序的稳定性。

3.4 显示模块

显示模块主要是采用0.98寸OLED液晶屏作为显示数据的屏幕，该液晶屏虽然只有0.98寸，但分辨率是128*64，因此可以清晰的显示出设计的数据；且该液晶屏采用串口输入数据，大大减少了I/O的使用，如图2。

3.5 RF射频模块

在无线网络构建中，天线和巴伦配置电路的设计是至关重要，这涉及到射频信号传输能否达到设计标准，对通讯距离、系统作用都有很大的影响。天线的选择可以是PCB天线这一类，例如倒F形天线，螺旋形天线等。还可以使用SMA接口这一类的长杆形状天线。根据个人的需求可以选择而定，这里选择的是长杆状天线。巴伦配置电路设计如图3。

3.6 震荡电路设计

CC2530核心电路有2个晶振电路，32MHz晶振电路可以为整个系统运行时提供高频率的时钟提升运行速度，而32.768KHz晶振电路则是给芯片内部提供一个Base_time，可用于时序的稳定。

4 系统软件设计

4.1 Z-Stack体系架构及工作流程

Z-Stack协议栈是Zigbee无线通讯协议，它的体系架构如下。

①Z-Stack软件架构。

在整个程序运行中，首先从main（）主函数开始，在函数中，首先要做的是对整个电路实现初始化，之后进入OSAL操作系统，按照设定事件的顺序开始运行整个系统。

②Z-Stack操作系统初始化。

当程序中的基本配置初始化完成后，进入操作系统，开始对系统进行初始化，其中OSAL_Init_System（）包含系统上电启动后的各个模式的初始化，当初始化完成整个系统才开始进行工作。

③执行操作系统。

当系统正式进入工作后，需要将要执行的事件的ID发送到主机，然后以轮番查询的方式进行事件处理，其中SampleApp_ProcessEvent（）函数是主要的事件处理函数，将一个个的事件按照taskevent[id]这个序列号的顺序进行处理。

4.2 网络通信过程

当终端模块上电后查询到周围存在ZigBee的协调器时，将自动与之组网，两端都确定了ID后，终端将向协调器连续发送数据，直到复位，或者一方断电才停止，实现节点初始化，协调器建网，终端设备入网。

4.3 温湿度测量和数据传输

温湿度采集程序在主要是根据DHT11的时序进行设置处理，最后取出数据进行处理，提取出所需要的温湿度数据后，将数据发送到终端显示，再有终端发送到协调器，从而实现了数据的提取到无线传输的一个过程。

5 测试结果

温湿度的测量在相对密闭的环境测量，因此受到外部的干扰比较小，下表为测量结果的对照表。

6 结束语

本文主要介绍通过ZigBee无线传输技术实现遥控方式采集和处理温湿度数据，它的优点主要是实际消耗的能量非常低，对构建的拓扑网络中的端点具有高容量，信号传输延时短，所在的传输频段免执照等。

参考文献

[1]刘慧，王鸣.基于CC2530的温度监测系统设计[J].工业控制计算机，2012

[2]蒋佳君.浅谈ZigBee技术.wenku.baidu.com，2007（05）.

[3]王锋.FS_ZigBee协议栈实验指导书[Z].锋硕电子科技有限公司，2010.

作者单位

赣南师范大学科技学院 江西省赣州市 341000