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基于CC2530-ZigBee无线传感器网络工业环境监测系统 　　半导体电子行业主要面向精密微电子、集成芯片、光电元器件等产品的制造。在产品的生产、储存及运输过程中，对环境温湿度条件都有特殊要求，如果一些参数控制不当就会造成品质不稳定甚至产生废品，因此对其环境进行实时监测具有重大意义。 　　以往用于工业环境测量温湿度的传感器大多是有线方法传输数据，线路冗余复杂，不适合大范围多数量放置，布线成本高，线路老化问题也影响了其可靠性。要想从根本上解决这个问题，必须实现数据信息的自动获取，以及数据的无线传输及交换。 　　ZigBee技术，从IEEE802.15.4基础上发展起来的，是必威体育精装版的一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，该技术为上述问题的解决提供了很好的技术手段。 　　我们以CC2530为核心，设计了基于ZigBee协议的温度、湿度无线传感器网络，既可以克服有线传感器网络的局限性，又可以做到低成本、低功耗。其中，温度传感器采集范围是-40℃～+125℃，采集精度可达±0.5℃。其采用SPI数据接口与CC2530-Zigbee模块进行通信，大大简化了采集系统的设计。 　　图1系统总体结构图 　　系统结构设计 　　本文所介绍的工业环境监测无线传感器网络监测系统包含3类无线通信节点，分别为：若干个传感器节点、3个汇聚节点以及1个基站节点，如图1所示。其中，传感器节点部署在检测区，负责对环境进行温度、湿度的监测；汇聚节点放置在监测区边缘，用以接收和存储传感器节点的监测结果；基站节点连接汇聚节点与监控中心的计算机，负责传感器网络与信息管理计算机之间的通信。 　　1传感器节点(SensorNode) 　　传感器节点与温湿度测量传感器相连并布置在监测区，负责以特定的时间间隔采集温、湿度传感器的测量信息并将此信息存储在本地Flash上。为降低传感器节点的能耗，在各次测量完成后并不是马上向上级节点（汇聚节点）发送测量信息，而是在完成多次测量后将存储在本地Flash上的当天测量数据打包发往汇聚节点。当需要及时了解监测情况时，传感器节点也具备以独立数据包的形式向接收设备传送已存储测量结果的能力。 　　2汇聚节点(SinkNode) 　　汇聚节点布置在测量区域的边缘，负责接收和存储由各个传感器节点发送的温湿度测量结果。当汇聚节点接收到数据传送的命令后，向其上级节点（基站节点）发送Flash中保存的各传感器节点一段时期内的测量值。 　　3基站节点(CenterNode) 　　基站节点与监控中心的计算机相连，作为计算机和监测网络进行通信的桥梁。本系统用户的控制信息通过基站节点解析和打包为监测网络节点可以处理的数据实现对网络中各节点的控制，而网络节点中存储的温湿度测量结果也可以通过基站节点传送至信息管理计算机。在传感器节点和汇聚节点中，测量的原始数据以日志的形式进行存储，受节点存储能力的限制，已上传的数据会定期更新，而信息管理计算机则可提供一个比较完善的数据库服务。 　　传感器网络节点硬件设计 　　针对不同应用，传感器网络节点需要不同的通信、采集和处理模块以及不同的软件。因此，为了使节点能够具有较广的适用范围，必须使节点的各个模块能够方便的替换。本系统将节点从功能上分为：能量供应、计算处理、无线通信和数据采集4个硬件模块，如图2所示。这几个模块分别独立设计与实现并行的调试开发，可降低系统开发成本和研发周??以及系统投入使用后的管理与维护成本。各个模块通过I2C(Inter-integratedcircuit)互联，从而实现可扩展和替换的目的。 　　图2节点硬件模块图 　　CPU使用CC2530，它结合了一个完全集成的高性能的RF收发器和一个增强型8051微处理器，并支持IEEE802.15.4/ZigBee/ZigBeeRF4CE标准，拥有庞大的闪存空间最多可达256KB。 　　数据采集模块主要由温度、湿度等传感器及模数转换电路组成。由于传感器输出信号与CPU输入信号模式不一致，因此，传感器信号需通过信号调理后再进行模数转换，模数转换后的信号经光电隔离后送到CPU进行处理，以提高系统的抗干扰性能。 　　无线通信模块采用CC2530所集成的2.4GHzIEEE802.15.4标准射频收发器，它具有出色的接收灵敏度和抗干扰能力，可编程输出功率为+4.5dBm，总体无线连接链路质量101dBm，且只需要极少数的外部元件，支持运行网状网系统。 　　软件设计 　　当前网络节点硬件一般只能完成物理层的功能，物理层以上的功能都必须由软件来实现，因此，软件设计对整个节点的功能和资源利用具有很大的影响。 　　本系统软件包括三个部分：传感器节点模块，无线通信模块，监控中心管理。系统软件架构如图3所示。