淺談ZigBee技術(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡丞熙

摘要：ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過和各個傳感器結(jié)合可以作用于各種工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，這是一種傳輸距離短、功耗低、成本低的新型技術(shù)。本文結(jié)合ZigBee技術(shù)和Android管理系統(tǒng)，將這些技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)中，來進(jìn)行工業(yè)環(huán)境各項數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和控制，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集終端和各個節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)接收和傳輸功能。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù) Z-Stack 數(shù)據(jù)采集 以太網(wǎng)

中圖分類號：TN925文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-5349（2017）13-0189-01

ZigBee是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項新技術(shù)，是基于IEEE802.15和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一種無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。將此技術(shù)與傳感器相結(jié)合，便可組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。如今能與物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸?shù)某薢igBee還有藍(lán)牙和WIFI，這些技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，并應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但是考慮到生產(chǎn)控制的便利性、效率、成本等諸多因素，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和控制中，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，下面將談?wù)勥@個技術(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。

本文主要是使用TI公司的Z-Stack協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)的ZigBee模塊，在這個監(jiān)測系統(tǒng)中，通過ZigBee模塊組建小型網(wǎng)絡(luò)，與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，為每一個終端都配上傳感器，以檢測溫度、濕度、煙霧濃度等等，并且將檢測到的數(shù)據(jù)都發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到個人電腦端或者發(fā)送到手機(jī)端，與此同時，協(xié)調(diào)器還起到接收個人電腦端和手機(jī)端的控制命令，并根據(jù)接收到的命令做出相應(yīng)的反應(yīng)。

整個系統(tǒng)設(shè)計由軟、硬件兩部分來構(gòu)成。先來談?wù)動布系脑O(shè)計。

硬件上的設(shè)計包括傳感器部分和組網(wǎng)以及以太網(wǎng)部分的硬件設(shè)計。首先傳感器部分的設(shè)計實現(xiàn)的主要任務(wù)就是將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、煙霧濃度等，需要用到的傳感器有溫濕度檢測傳感器DHT11，煙霧檢測傳感器MQ-2，還有紅外熱釋傳感器，單個終端將現(xiàn)場檢測到的各傳感器數(shù)據(jù)都通過組網(wǎng)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。在傳感器部分的硬件設(shè)計上，讀取現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)是最重要的任務(wù)，其次就是將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器，也就是數(shù)據(jù)服務(wù)中心，在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也需保證設(shè)備的穩(wěn)定和安全。

組網(wǎng)部分用的是ZigBee開發(fā)套件，以太網(wǎng)傳輸部分用的是TPC232-T24，以太網(wǎng)先需要用網(wǎng)線直連的方式進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，用網(wǎng)線對RJ45和PC機(jī)網(wǎng)口采用網(wǎng)線直連的方式進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，這里需要注意的是IP必須設(shè)置正確，否則將不能正常通信，參數(shù)設(shè)置正確后可將模塊接口連接到路由器上，電腦只要連接無線網(wǎng)，設(shè)置好模塊中的IP地址，就可以對模塊進(jìn)行訪問。

協(xié)調(diào)器接收到傳感器的數(shù)據(jù)后經(jīng)過以太網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)傳送給PC端和手機(jī)端，同時，PC端和手機(jī)端也經(jīng)以太網(wǎng)給協(xié)調(diào)器發(fā)送控制命令，協(xié)調(diào)器接受到命令后會給每一個終端發(fā)送命令。當(dāng)終端接收到協(xié)調(diào)器的信息后，待判斷命令正確，便會根據(jù)命令控制繼電器和LED，繼電器在本系統(tǒng)中主要起到了開關(guān)作用，也就是說用高低電平來控制繼電器的打開和關(guān)閉。相反若命令不正確，協(xié)調(diào)器自動放棄命令，繼續(xù)工作。

軟件的設(shè)計分為兩部分，分別是PC端的設(shè)計和手機(jī)端的設(shè)計。其中PC端相當(dāng)于一個紐帶，連接著協(xié)調(diào)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和手機(jī)端發(fā)送的控制命令，通過使用串口通信，對協(xié)調(diào)器傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析校驗，并配有曲線、圖形和文字，可顯示在界面上，也可以放入數(shù)據(jù)庫中等待查詢。手機(jī)端采用了Android管理系統(tǒng)，整個設(shè)計分為三個部分，分別是手機(jī)端界面設(shè)計部分、與電腦端網(wǎng)絡(luò)連接部分和對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢部分。其中手機(jī)端界面的主要功能就是實時顯示采集到的各種數(shù)據(jù)信息，其中包括溫度、濕度、煙霧濃度等，手機(jī)端的界面比較簡潔，易操作，能夠很直觀地看到各種數(shù)據(jù)顯示，并配有數(shù)據(jù)條和指示燈。除了能夠顯示實時的數(shù)據(jù)以外，還開發(fā)了歷史數(shù)據(jù)查詢界面，但是這個功能需要向PC端發(fā)送命令，PC端接收到了命令會做出相應(yīng)的操作，這樣便能查看之前某個時刻的數(shù)據(jù)。與PC端網(wǎng)絡(luò)連接部分，主要通過通信實現(xiàn)了以下幾個功能：通過局域網(wǎng)接收電腦端傳輸過來的各種實時數(shù)據(jù)，并向電腦端發(fā)送控制命令，待電腦端判斷完這些控制命令后，將控制命令發(fā)送到協(xié)調(diào)器端口，通過協(xié)調(diào)器來控制采集終端，最后還可以通過網(wǎng)絡(luò)通信查詢歷史數(shù)據(jù)。

最終結(jié)合之前的硬件設(shè)計，進(jìn)行測試，協(xié)調(diào)器每隔1s就將采集到的數(shù)據(jù)通過組網(wǎng)串口發(fā)送到PC端，在數(shù)據(jù)采集過程中，由ZigBee組成了一個小型WSN網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)運(yùn)行時，采集終端周期性的將數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)之后再通過串口發(fā)送到PC端，PC端會根據(jù)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線、文字、圖形等多種形式的顯示，還能將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，方便后續(xù)的查詢。通過手機(jī)界面可以很清晰地查看實時數(shù)據(jù)，并可以通過不斷刷新來更新各項數(shù)據(jù)，從而監(jiān)測每個采集端口的數(shù)據(jù)情況，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，還可通過對PC端發(fā)送指令來查詢之前某個時刻的歷史數(shù)據(jù)信息，最后手機(jī)端可以通過對采集終端的遠(yuǎn)程控制，來控制繼電器的開關(guān)和LED的亮滅。

通過測試，本系統(tǒng)確實能夠?qū)崿F(xiàn)基于ZigBee技術(shù)的監(jiān)測，但由于本人對Android使用還不夠精通，因此手機(jī)端的界面比較簡潔，實現(xiàn)的功能也比較基礎(chǔ)，本人將通過進(jìn)一步研究，加入其他功能，使得系統(tǒng)更加完善便利。

責(zé)任編輯：孫瑤