扫描DEFAULT_CHANLIST所指定的信道并根据ZDAPP_CONFIG

  在现代工农业生产中,进行环境的温湿度检测是必不可少的内容。目前,很多场合的测温湿系统采用的还是传统的有线测温湿度设备,传统的多点分布式温湿度测量系统采用有线传输方式,需要在现场进行大量布线,这给系统的布设、维护和更新升级带来诸多不便。

  ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,主要用于近距离无线连接。它依据IEEE 802.1 5.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。它使用2.4GHz波段,采用调频及扩频技术,具有短时延、网络容量大等特点。Z igBee无线网络主要是为工农业现场自动化控制数据传输而建立。本文设计了一种基于无线射频技术的温湿度监测系统,它以射频芯片CC2430为核心,在数字温湿度传感器SHT11的配合下,在ZigBee协议栈的基础上进行应用开发,能够高效地完成环境温湿度的无线监测,可以有效解决复杂布线系统原理

  本文设计的是基于ZStaek的无线温湿度数据采集系统,在TI的ZStack 1.4.2协议栈的基础上,实现无线组网及通信。即协调器自动组网,终端节点(附带温湿度传感器)自动入网,并采集温湿度数据广播传输,协调器接收到信息后将温湿度数据通过串口发送给PC计算机显示。以此实现基于ZStack协议栈的温湿度数据的无线透明传输,其原理框图如图1所示。本文引用地址:

  无线收发模块负责对信号进行处理发送;传感器节点由温湿度传感器SHT11检测得到温湿度信息,并转化为数字信号,传输至CC2430,由CC2430负责对信号进行处理发送。节点电源部分使用两节AA电池,通过一个电压转换芯片BL8555将电压转化成3.3 V.其中协调器是汇聚节点,多个温湿度传感器节点放置于不同的监测区域,每个传感器都会把采集的温湿度送给传感器节点,再由传感器节点把数据通过ZigBee无线传输给协调器,然后协调器统一把数据传送给上位机做进一步处理和显示。

  传感器节点主要由数字温湿度传感器、微控制器及无线通信电路组成。传感器节点的主控制器实时采集处理温湿度数据后,将数据传递给CC2430无线通信模块,以实现数据的定时发送。

  协调器负责建立无线网络、发送网络信标、存储网络节点信息、对消息进行路由选择等任务,其硬件组成主要包括处理器、时钟电路、存储器、电平转换电路、天线等部分。在本系统中协调器节点采用CC2430为核心的控制器,它只需少量的外围电路即可实现无线通信功能,硬件电路如图2所示。

  本系统基于TI的ZStack协议栈,ZStack采用操作系统的思想来构建,采用事件轮询机制,当各层初始化之后,系统进入低功耗模式,当事件发生时,唤醒系统,开始进入中断处理事件,结束后继续进入低功耗模式,如果同时有几个事件发生,判断优先级,逐次处理事件。整个ZStack的主要工作流程,大致分为系统启动,驱动初始化,OSAL初始化和启动,进入任务轮循几个阶段,ZStack系统运行流程如图3所示。

  在本采集系统中,各节点的系统底层采用TI公司的ZStack协议栈,各节点的network_specific参数配置相同。协调器首先在某个频段发起一个网络,网络频段的定义放在DEFAULT_CHANLIST配置文件里,并根据ZDAPP_CONFIG_PANID的定义建立PAN ID,并扫描DEFAULT_CHANLI ST指定的所有信道,并选择最佳信道组建网络。传感器节点启动后,扫描DEFAULT_CHANLIST所指定的信道并根据ZDAPP_CONFIG_PANID所定义的PANID自动加入网路。各节点的软件流程如图4,图5所示。

  在Z-Stack协议栈中,协调器自启动,节点设备自动入网之后,两者建立无线通信,数据的发送主要有两种方式,一种为周期定时发送信息,另一种需要通过按键事件触发发送FLASH信息,在本设计中采用周期定时广播的方式发送ZigBee节点端采集到的温湿度数据。在Z-Stack中,每个应用任务都通过调用应用层的ProcessEvent()函数来处理任务事件,在ProcessEvent()中有一个事件处理循环,循环检测事件的发生。因此在节点模块端的SampleApp_SendPeriodicMessage周期信息发送函数中添加温湿度采集函数,并通过AF_DataRequest()函数接口实现温湿度数据的无线发送,同样在协调器信息处理函数SampleAPP_MessageCB中,添加温湿度数据处理和发送函数,并在协调器的应用层通过检测AF_INCOMING_MSG_CMD消息事件来判断是否有数据收到,有数据时,将捕获的温湿度数据处理后,以字符串的形式通过串口显示在PC机的终端中。利用超级终端接收到的温湿度数据如图8所示。

  本系统在启动协调器模块后,能实现自动组网,节点端自动入网,并能将采集的温湿度数据广播发送给协调器,协调器接收到信息后通过串口将接收到的温湿度数据发送给PC机,本系统具有低复杂度、低功耗、短时延、网络容量大等特点,并解决了传统的有线传输方式,需要在现场进行大量布线,系统的布设、维护和更新升级的困扰,系统运行稳定、可靠,能精确实现温湿度数据的采集、传输,在实际中有很好的应用价值。

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