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摘 要：本设计采用Zigbee通信协议，使用基于CC2430的Zigbee模块作为主通信模块，使用DHT11数字温湿度传感器进行温湿度数据的采集和发送。整个系统分为一个主节点负责和PC机通信和若干子节点负责温湿度数据的采集。经试验，整个系统具有布置灵活，传输精度高和可拓展行强等特点。
关键词：Zigbee；CC2430；51单片机；DHT11
近年来，由于生产技术的提高和人们生活水平的提高，生产环境的温湿度监控和室内的温湿度监控成为人们关注的热点。对于生产，温湿度监控具有十分重要的意义，比如对于食品行业，温湿度的不同可能会影响到产品质量和合格率。而对于存储易燃易爆物品的仓库，温室度监控显得更为重要，实时的温湿度监控可以有效预防火灾的发生。在日常生活中，监控温室度数据可以实时进行室内温度调节，保持舒适的生活环境。
一、系统整体方案设计
本系统的系统架构如图1所示。系统采用Zigbee星形网络拓扑结构，设计了一个主节点，多个子节的多对一通信网络，可在不同位置架设子节点。子节点使用DHT11温湿度传感器进行温湿度采集，采用89C51单片机进行数据处理，最后交由Zigbee模块进行数据的发送。主节点与PC机通过232串口进行通信。
图1 系统整体架构
二、系统硬件设计
1、主节点设计
主节点采用CC2430-F128（128KB Flash存储器）芯片，作为整个网络的协调器，负责网络组网、维护、数据的无线接收和与上位机的通信。CC2430-F128芯片内部包含有A/D转换器、定时器、看门狗AES128协处理器同时还有2个UART接口和21个可编程I/O控制口。
本文在CC2430的典型应用电路上，加了串口通信电路，选用MAX232芯片实现TTL电平与RS232电平的转换。其硬件电路原理图如图2所示：
图2 主节点原理图
2、子节点的设计
子节点主要由DHT11数字温湿度传感器、CC2430 Zigbee通信模块和89C51单片机以及电源模块构成，其结构原理图如图3所示。从节点主要完成数据采集和发送任务，因此作为路由设备（Router），可以接收、发送和转发数据。
DHT11可实现20～90%湿度数据的采集和0～50℃温度数据的采集，其温湿度精度分别可达到€？%RH和€？℃。DHT11温湿度传感器与单片机通信时，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，其40位数据从低到高格式如下：
8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和
其中8位校验和为前32为数据和的末8位。
DHT11温湿度传感器将采集到的温湿度数据和校验数据供40位一并发送给MCU，MCU将接收到的传感器数据加上节点ID号和帧开始、帧结束标志数据共8个字节，通过串口发送到Zigbee模塊上，Zigbee模块接收到MCU的串口数据后，将数据打包发送给主节点。其硬件电路图如图4所示。数据帧格式如图5所示。
图3 子节点结构原理图
图5 子节点帧格式示意图
4 子节点硬件电路图
三、结语
本文设计的基于Zigbee的无线温度采集系统经过不断的调试、修改、优化后全部能共正常工作，在验证过程中，总共设计了5个子节点和一个主节点，数据收发正常，在上位机上通过串口助手调试，能够很好的达到设计要求，并且能够在不同的环境中进行温湿度数据采集，适应性和可拓展性较强。由于Zigbee具有低成本、低功耗的特点，该设备可广泛应用于家电控制、工业控制、医疗监控、小区安防等各个领域中，无需布线，只需要将节点放置在信号可达的范围内即可。
参考文献：
[1]柴钰.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[2]闫沫.Zigbee协议栈的分析与设计[D].厦门大学，2007.
[3]韩英梅，赵建平，白慧静.基于DHT11的无线温度传感器网络节点的设计[J].井冈山大学学报，2010，（5）.
[4]翟雷，刘胜德，刘咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
作者简介：张恒（1990.1-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，智能交通与信息系统工程专业2012级研究生；程鑫（1990.10-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，交通信息工程及控制专业2012级研究生；徐昊（1990.8-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，通信与信息工程2012级硕士研究生。
关键词：Zigbee；CC2430；51单片机；DHT11
近年来，由于生产技术的提高和人们生活水平的提高，生产环境的温湿度监控和室内的温湿度监控成为人们关注的热点。对于生产，温湿度监控具有十分重要的意义，比如对于食品行业，温湿度的不同可能会影响到产品质量和合格率。而对于存储易燃易爆物品的仓库，温室度监控显得更为重要，实时的温湿度监控可以有效预防火灾的发生。在日常生活中，监控温室度数据可以实时进行室内温度调节，保持舒适的生活环境。
一、系统整体方案设计
本系统的系统架构如图1所示。系统采用Zigbee星形网络拓扑结构，设计了一个主节点，多个子节的多对一通信网络，可在不同位置架设子节点。子节点使用DHT11温湿度传感器进行温湿度采集，采用89C51单片机进行数据处理，最后交由Zigbee模块进行数据的发送。主节点与PC机通过232串口进行通信。
图1 系统整体架构
二、系统硬件设计
1、主节点设计
主节点采用CC2430-F128（128KB Flash存储器）芯片，作为整个网络的协调器，负责网络组网、维护、数据的无线接收和与上位机的通信。CC2430-F128芯片内部包含有A/D转换器、定时器、看门狗AES128协处理器同时还有2个UART接口和21个可编程I/O控制口。
本文在CC2430的典型应用电路上，加了串口通信电路，选用MAX232芯片实现TTL电平与RS232电平的转换。其硬件电路原理图如图2所示：
图2 主节点原理图
2、子节点的设计
子节点主要由DHT11数字温湿度传感器、CC2430 Zigbee通信模块和89C51单片机以及电源模块构成，其结构原理图如图3所示。从节点主要完成数据采集和发送任务，因此作为路由设备（Router），可以接收、发送和转发数据。
DHT11可实现20～90%湿度数据的采集和0～50℃温度数据的采集，其温湿度精度分别可达到€？%RH和€？℃。DHT11温湿度传感器与单片机通信时，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，其40位数据从低到高格式如下：
8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和
其中8位校验和为前32为数据和的末8位。
DHT11温湿度传感器将采集到的温湿度数据和校验数据供40位一并发送给MCU，MCU将接收到的传感器数据加上节点ID号和帧开始、帧结束标志数据共8个字节，通过串口发送到Zigbee模塊上，Zigbee模块接收到MCU的串口数据后，将数据打包发送给主节点。其硬件电路图如图4所示。数据帧格式如图5所示。
图3 子节点结构原理图
图5 子节点帧格式示意图
4 子节点硬件电路图
三、结语
本文设计的基于Zigbee的无线温度采集系统经过不断的调试、修改、优化后全部能共正常工作，在验证过程中，总共设计了5个子节点和一个主节点，数据收发正常，在上位机上通过串口助手调试，能够很好的达到设计要求，并且能够在不同的环境中进行温湿度数据采集，适应性和可拓展性较强。由于Zigbee具有低成本、低功耗的特点，该设备可广泛应用于家电控制、工业控制、医疗监控、小区安防等各个领域中，无需布线，只需要将节点放置在信号可达的范围内即可。
参考文献：
[1]柴钰.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
[2]闫沫.Zigbee协议栈的分析与设计[D].厦门大学，2007.
[3]韩英梅，赵建平，白慧静.基于DHT11的无线温度传感器网络节点的设计[J].井冈山大学学报，2010，（5）.
[4]翟雷，刘胜德，刘咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
作者简介：张恒（1990.1-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，智能交通与信息系统工程专业2012级研究生；程鑫（1990.10-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，交通信息工程及控制专业2012级研究生；徐昊（1990.8-），男，陕西西安人，长安大学信息工程学院，通信与信息工程2012级硕士研究生。