基于基于ZigBee-WSN的温湿度监测系统的温湿度监测系统
针对环境监测系统布线复杂、数据的实时性和准确性低等问题,提出了一种基于ZigBee技术的分布式传感器网
络平台。选用SHT75传感器实现对监测点温湿度信息的精准采集,并通过由CC2530芯片和CC2591射频前端组
建的ZigBee网络完成数据的远距离传输和汇聚。数据经过阈值比较,可以进行声光报警或GSM短信报警。
引言
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为物联网的一种未梢网络和感知延伸层,已经广泛应用于汽车电子、工
业控制、家庭自动化和环境监测等领域。然而,现有的环境监测系统往往存在通信距离短、覆盖面小、数据准确性低、设备体
积庞大等缺陷。同时,由于监测点大部在野外、机房、企业排污点等无人值守的地方,需要工作人员定期到现场检查设备的运
行状态并维护,因此数据的实时性和故障排除的及时性得不到保证。鉴于此,本文设计了一种基于ZigBee技术的分布式传感
器网络(DSN)平台,采用分布式采集,集中式管理策略,并以采集环境温湿度信息为例,实现了远距离的实时温湿度精准采
集。
1 系统总体结构和功能
系统采用模块化设计思想,根据无线传感器网络的系统架构定义了传感器节点、汇聚节点(协调器和路由器)和管理节点等三类
功能单元,系统总体结构如图1所示。传感器节点根据监测需要分布在不同地点,具有小巧、可移动和自适应等特性。无线传
输网络负责对采集的数据进行实时传输、路由中继和汇聚等,包括ZigBee无线传感器网络和GSM移动通信网络。管理节点可
以采用手机、PDA、嵌入式处理器或PC机等,这里采用PC机接收监测点信息,并提供人机交互操作接口,实现环境数据的实
时显示和存储;采用手机终端实现异地监控和报警。
d.JPG
2 系统硬件电路设计
2.1 无线传输单元
无线传输单元是系统设计的核心,采用CC2530芯片作为系统的MCU,它是TI公司针对2.4GHz ISM频段推出的第二代支持
ZigBee/IEEE 802.15.4协议的片上系统集成芯片。CC2530内部集成了增强型的8051内核,8路输入的12位ADC以及看门
狗定时器等,故只需很少的外围电路即可构建一个简单的ZigBee节点。其中,必备的外围电路包括晶振电路、电源电路、复
位电路、无线收发电路等。由于技术相对成熟,这里不再赘述,可参看参考文献。
为保证网络的传输质量,扩大网络的覆盖面积,选用TI公司的高性价比、高集成度的2.4 GHz射频前端CC2591。它适合于低
功耗、低电压的无线传输系统。CC2591内部集成的功率放大器(PA)输出功率可达+22dBm,保证了信号的大功率输出;同
时,还集成了接收灵敏度为6 dB的低噪声放大器(LNA)。基于以上特性,采用CC2591射频前端的ZigBee节点在无障碍情况下
的传输距离可达500~800m,是原来距离的10倍以上,网络覆盖面积大大增强。CC2530芯片与CC2591射频前端的硬件连接
图如图2所示。