基于ZigBee家居環境的監測及控制

　　摘要：無線傳感器網絡是大量靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。為了實現溫度實時監控及日光燈控制，設計了一種基于CC2430片內溫度傳感器的溫度監測及日光燈控制系統。實現利用片內溫度傳感器檢測環境溫度、節點溫度數據的發送、主節點對溫度數據的接收顯示及對日光燈開關控制。
　　
　　關鍵詞：ZigBee；802．15．4協議；溫度檢測
　　
　　引言
　　
　　近年來，無線通信的成本越來越低，可靠性和傳輸速率越來越高，并且無線通信技術不需要進行復雜的布線，組網靈活，這些都為無線通信技術的廣泛應用創造了有利條件。
　　
　　基于ZigBee的智能家居系統是對家居高度自動化、智能化的要求提出的一種新的解決方案，主要通過計算機的上位機軟件采集室內環境參數，遠程控制各種家居電器，實現家居控制、環境參數檢測的*自動化、智能化。ZigBee采用IEEE802．15．4標準，利用共用的2．4GHz公共頻率進行無線測量和系統監控，具有明顯的低成本、低功耗、網絡節點多、傳輸距離遠等優勢。目前，ZigBee技術已被視為替代有線監視和控制網絡領域zui有前景的技術之一。設備以CC2430為控制核心單元，采集溫度和控制日光燈；利用串口通信，通過上位機VB界面程序來顯示采集到的溫度，發出控制日光燈的命令，完成相應的控制。
　　
　　1、系統硬件設計
　　
　　1．1CC2430模塊設計
　　
　　微處理器（MCU）是整個系統的核心，負責處理大量數據。由于工程的需要，MCU要具有低功耗的性能，因此，在本設計中選用具有*數據處理能力和超低功耗的CC2430。CC2430是一款于IEEE802．15．4和ZigBee協議通信的片上系統解決方案，集控制芯片與射頻模塊于一起的芯片。并且內部具有溫度感測功能。　　
　　1．2USB轉串口電路設計
　　
　　由終端節點采集到的溫度數據通過無線方式傳到Switch節點，Switch節點需要將溫度數據傳送到PC機，采用USB轉串口電路，可以通過USB總線傳輸RS-232數據，在這種情況下，PC端的VB軟件依然是針對RS232串行端口（COMPORT）編程的，外設也是以RS232為數據通信通道，但從PC到外設之間的物理連接卻是USB總線，其上的數據通信也是USB數據格式。串行通信接口電路如圖2所示。　　
　　其中CH340是一個USB總線的轉接芯片，實現USB轉串口、USB轉打印口。
　　
　　1．3繼電器控制電路
　　
　　利用CC2430的I／O口來控制日光燈的開關，繼電器控制電路如圖3所示。　　
　　2、系統軟件設計
　　
　　基于ZigBee的無線數據采集系統的軟件主要分為三部分：采集端的數據采集發送和日光燈開關命令接收、接收端的數據接收和日光燈開關命令發送，以及上位機程序界面的設計。
　　
　　主程序主要完成硬件初始化，Switch模式與Light模式的差別，并轉至相應處理。主程序的流程圖如圖4所示。相應Switch節點主要處理串口初始化，射頻初始化，并根據標志位，發送溫度采集或者開關燈命令。Light節點，則首*行射頻初始化，然后準備接收命令，根據接收的命令進行開關燈或者溫度采集。
　　
　　圖4主程序流程
　　
　　Switch節點流程圖如圖5所示。　　
　　Ligbt節點程序流程圖如圖6所示。
　　
　　從節點使用片內溫度傳感器檢測環境溫度　　
　　3、實驗測試
　　
　　3．1溫度數據采集
　　
　　上位機采用Ⅶ開發，設置好串口，點擊采集按鈕，在顯示窗口將會顯示Light節點的溫度值及采集的時間和日期；點擊保存數據按鈕，將會把數值保存在E盤的data文件夾中，控制界面如圖7所示。　　
　　3．2日光燈開關控制
　　
　　點擊開／關按鈕，將會控制Light節點的日光燈，同時指示燈變為綠色，表示日光燈已經開啟；當再一次點擊開／關按鈕時，Light節點的日光燈將會關閉，同時指示燈變為紅色。