设计一个Zigbee辅助环境监测系统
最后更新：2021-11-17 08:14:35 手机定位技术交流文章
引言
无线数字监测系统在所有部门,特别是在工业和农业生产、环境监测等领域,都要求很高,要求很高。 无线电传感器网络的迅速发展和逐步成熟使得更好地满足了这一需要。 以Zigbee技术为基础的无线感知网络具有自我组织、低容量、数据中心、反破坏和非联网设施的优势,这些设施能够完成无法在外部非常恶劣条件下通过其他监测手段完成的任务,这是数字监测的新方向。 本文利用技术公司CC2530和Zstack协议作为平台,设计以Zigbee技术为基础的发光传感器网络。
1系统总体设计
无线感应器网络以齐格贝技术为基础,由协调节点、由节点组成的若干路径和大量传感器节点组成,如图1所示,其中传感器节点负责监测环境温度等数据,并通过路线节点多次跳跃将其传送到协调节点,这些节点负责向监测中心PC计算机报告数据。
图1系统总体结构
2节点硬件设计
节点的功能各不相同,可分为数据收集、数据处理、无线通信、能源供应和序列通信,视系统中节点的使用情况而定。
2.1.1 Zigbee模块
Zigbee模块使用CC2530芯片进行数据处理和Zigbee无线通信。 CC2530具有高性能2内部4千兆赫无线电频率收发器和升级的8051微处理器,最多256千兆B编程FLASH、8千BRAM,以及广泛的外部收藏2.4GIEE802.Fifteen。 4和Zigbee应用程序提供了SOC解决方案。
2.2数据采集模块
如数据采集模块电路图图3所示,通过单线数字温度传感器DS18B20和CDS5516光感应器收集感应节点,用于环境温度和光光度。 其中,DS18B20达到范围-55~+125°C测量和最高12位分辨率,温度精确度为~0.At 0625°C。 电压范围为+3~+5.5V[3]。 这一设计的电压从LD117稳定器芯片3.V输出、数据行DQ和P2中选择为+3。 如图3(a.5516)所示,用于实现一线接口,如图3(a.5516显示,5-10K的光阻力为5-10K,500k的暗阻力和0-2V至P0的电路,如图3(b).5所示,用于自动转换。
3节点软件设计
节点软件是在TI的Z-stack、Zig Bee协议之家的基础上开发的,它允许Zig Bee网络的建设和成员构成、自我组织的网络、多希望传输和动态网络增长。
三. 一Z堆叠协议仓库的操作方法
OSAL是TI为Z-Stack礼宾室开发的轮换查询操作系统。 OSAL将优先处理高度优先特派团的所有事件,所有事件都列为高度优先事项,只要有未处理的高度优先任务,则在处理所有事件之前处理,再与下一个特派团协商。 此外,即使目前正在处理的任务中有两项以上需要处理,但一旦处理完毕,就必须重新审查较优先的任务。 只有在没有为较优先的特派团处理事件的情况下,才能处理原定任务的第二大优先事项。 如果发现一个高度优先特派团有新的事件需要处理,则将立即处理该事件。 通过这种行动方式,最优先的任务将有权尽可能确保以最及时的方式处理高优先特派团的每起事件。
三. 2Zigbee 网络联网程序
Zigbee网络联网方法由网络建设和网络成员组成,通过Z-Stack Concord各级交流原始语言来实现。协调节点负责网络配置和参数建立。使用ZDO层,应用级别援引网络层功能NLME_Network Formation Request (),该功能积极检查选定的频道,即传送MAC级信标请求指令,以识别频道上已经存在的网络;网络级别随后根据主动扫描结果,设置PANID、网络地址和扩展PANID参数等;最后通知已建立新的Zigbee网络的应用端点。
加入网络有几种方式,包括通过连接加入网络,重新进入网络,单独加入网络,预先定位网络,等等。图5描述了子点通过链接加入网络的过程。
子名层通过 ZDO 层调用网络层函数 NLMENENETwork Discovery Recorporation (), 积极扫描指定的频道, 然后倾听一段时间以查看信标是否收到。 MAC 层请求指令被多次发送, 分点知道它们周围存在的网络信息, 从而识别要加入网络的 PANID, 然后将 MAC 层连接指令发送到通过 NLME_ Join Recurement () 功能连接的节点。 如果收到成功的 MAC 级别连接响应, 则可以获得指定给父节点的网络地址 。 如果子节点是终端节点, 则连接进程已经完成 。 如果子节点是一条节点, 子则必须经过 NLME 。
StartRouterTRECO 函数激活路由器。 无论子节点是传感器还是路由节点, 网络连接的结果最终会传送到应用端点 。
通过NLME_PermitJoining Request () 方法,坐标器和路由器节点可以确定是否允许子节点加入其自己的网络,以便它能够很容易地控制子节点与特定路线节点连接,实现多队网络。
3. 设计数据收集软件
当使用DS18B20作为温度测量元素时,硬件电路非常简单,但对于一台机器而言,使用DS18B20作为温度测量元素时,硬件电路非常简单,但对于一台机器而言,温度数据将迁移一次,发送 ROM 和 RAM 信号以开始温度转换,并等待温度转换完成,然后可以重复上述三步程序。 750ms 。 也就是说, 在温度转换启动后, 读取温度需要更长的时间。 为了避免不必要的等待, 设计中的温度测量可分为两个事件: 温度“ 转换” 和“ 读取” 事件。 当温度收集时, 可以设置一个“ 转换” 事件计时器。 当处理“ 转换” 事件时, 温度转换命令被发送到 DS18B20, 之后又有一个“ 读取” 事件计时器, 然后返回 OOSAL 来处理其他事件, 从而确保系统能够及时应对其他事件。 当处理“ 读取” 事件时, 只有直接读取温度, 然后“ 转换事件计时器被设置为” 再次实现周期性数据收集。 在图像中, 显示“ 和读式传感器中显示” 。
4实验结果分析
4.1组网实验
在小组网络测试时,通过 CC2531 UDUSBONGLE 和 SmartRFPacket_Sniffer TI 的 CC 2531 UDUSBONGLE 和 SnittleRFPacket_Sniffer 软件对空无线数据包进行了收集和分析。次级节点(IEE 地址 0x00124B002017B1D) 发出MAC 层信标请求,随后从协调节点(web 地址 0x00) 发出信标框架。 分点随后又发出另一个MAC 级别连接请求命令,然后将协调节点发出MAC 层数据请求指令,然后由协调节点发布MAC 层响应命令,将网络地址 0x001 指定给子节点。通过数据包地图可看到子节点成功加入网络。 Four.2 数据收集实验。
设定传感器节点是为了在试验中每2人收集数据,然后通过路线节点将所收集的数据传送到坐标器,坐标器通过RS232链将数据上传到PC机,最后展示的数据见图8.图8。 图8中收集的数据分别通过节点2181(父子关系)传送到两个传感器节点106550和10120,通过节点2181(父子关系)传送到坐标点106550和10120。
5结语
以ZigBee技术为基础的无线传感器网络可以更好地满足跨部门无线数字监测的需要,这项研究利用CC2530和Z-stack作为平台,开发一个多跳子ZigBee网络,对环境温度、光度等数据进行无线监测。 实验结果表明,设计多跳子网络是成功的,数据收集是恰当的。
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