岳彦名

摘 要：通信技术及传感器的不断发展，造就了工业技术的不断进步，通过ZigBee网络和DS18B20传感器相结合，以CC2530单片机为核心，实现了传感节点自主加入网络、监测环境、传输信息并适时发出警报的功能。本文设计基于ZigBee的木材存储室温度监测系统应用于监测木材存储室温度变化，达到起火提前预警。

关键词：DS18B20;ZigBee;环境监测;CC2530

0 引言

随着全球经济的不断发展，仓库以及库房的数量也不断提升，存储的规模也不断壮大。我国作为一个造纸术开创的国家，造纸原料木材的存储也不是少数，然而木材是一种生产及生活中非常常见的材料，原木或原木改造的初级产品往往呈垛或堆状存放于仓库中，当仓库中存在可燃因子时，火灾极易发生，且燃烧强度、蔓延速度极快，且非常难以控制。虽然有的仓库可以监测温度变化，但是依然没有达到智能的效果，特别是在报警手段和问题处理上主要依赖人为因素，且由于其体系架构局限于局域网，基本是一个仓库一套应用，普遍使用有线传感器[1]。 因此，本设计使用ZigBee组网，使用必要的传感器与执行器建立了一个低成本、高效率监测报警系统来保证仓库的安全。

1 系统需求分析

当下大部分的仓储监控系统主要是基于局域网的体系结构，它的基本原理是通过内部有线或者无线传感器采集环境数据，然后将数据上传到内部服务器的应用端，再根据控制策略对控制器发出指令但这种系统很难与广域网的智能终端进行实时通讯、预警[1]。 随着ZigBee 技术的出现，通过组网连接，实时监测温度数据变化已经成为最佳选择。

2 温度监测报警系统设计

2.1系统工作原理

温度监测报警系统由4部分构成，分别是：感知层，传输层，处理层以及应用层。感知层以DS18B20温度传感器监测外界环境温度变化。传输层基于 ZigBee[2] 技术而设计，由终端节点、 路由节点以及协调器节点（内置于物联网网关之中）构成无线传输网络。处理层主要是完成对与CC2530单片机连接的外部接口的定义，以及对内存单位特殊定义，以及RAM内存处理。应用层则是当温度保持在预设范围内不被触发，当温度超过设定值发出报警。

3系统硬件设计

系统硬件包括 CC2530单片机，DS18B20温度传感器，蜂鸣器，ZigBee 节点，主要硬件的设计如下：

（1）CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4 ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能[3]。

（2）温度传感器是系统的核心，DS18B20温度传感器支持单总线接口，所有的传感器部分和模数转化电路都像晶体管一样集成在一块芯片。测量温度的范围为：-55℃——125℃，其中-10℃——85℃的精确度是±0.5℃[4]。由DS18B20温度传感器测量的温度通过单接口总线传输，这样提高了系统的抗干扰能力，使其可以在各种环境下正常的工作。

DS18B20温度传感器只有有一种供电方式，以第二管脚作为信号线;第三管脚接电源。此种供电方式有诸多不便，如增加了硬件电路的复杂化，增大了软件控制的难度，降低芯片工作功能等等。实际上，将温度传感器结合单片机CC2530，以单片机供电使用。为了实现远程控制，以温度传感器为终端加入组网。

（3）为了简化电路和程序的调试，使用蜂鸣器为报警装置。蜂鸣器由温度传感器控制，当温度超过预先设定的温度的最大、最小值时，P2.5输出端口输出低电平，使三极管导通，使蜂鸣器开始报警。

（4）组建一个完整的zigbee网状网络包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。ZigBee网络中的节点主要包含三个：终端节点、路由器节点、协调器节点[5]。

1.协调器节点：ZigBee协调器是网络各节点信息的汇聚点，是网络的核心节点，负责组建、维护和管理网络，并通过串口实现各节点与上位机的数据传递;ZigBee协调器有较强的通信能力、处理能力和发射能力，能够把数据发送至远程控制端。

2.路由器节点：负责转发数据资料包，进行数据的路由路径寻找和路由维护，允许节点加入网络并辅助其子节点通信;路由器节点是终端节点和协调器节点的中继，它为终端节点和协调器节点之间的通信进行接力。

3.终端节点：终端节点可以直接与协调器节点相连，也可以通过路由器节点与协调器节点相连。

实验中组建星型拓扑网络，由一个网络协调器和一个或多个终端设备节点组成，所有的终端设备与网络协调器通信。系统通过网络初始化和已有父节点直接加入网络。

4实验测试与验证

本次设计通过单片机CC2530两台，温度传感器DS18B20，蜂鸣器结合ZigBee组网技术，实现温度监测报警处理，组网连接等功能。

温度传感器作为终端，协调器作为采集节点，建立起ZigBee无线通信网络，然后等待传感器加入。当蓝色指示灯全部亮起，表示温度传感器成功加入网络，然后开始对环境进行监测，并将采集的数据通过网络传输到协调器。协调器获取到信息后，在对所收集到的信息进行分析，比对事先设定的警报温度值，当达到指定温度数值时蜂鸣器报警，没有达到警戒温度，则继续对温度进行监测。

5 总结

本设计是一种基于Zigbee的木材存储室温度监测系统，首先对系统功能进行简要描述，然后对系统的硬件组成进行设计，最后通过测试结果表明系统对木材存储室温度的监控，具有很强的可行性。

参考文献：

[1]基于ZigBee 的仓库智能环境监控系统设计[J].智能物联技术，2019，51（3），55-58.

[2]王超颖， 孙进生.基于 ZigBee 和 Wi-Fi 的智能家居网关设计[J].工业控制计算机，2017，12，88-89.

[3]王海珍，廉佐政，滕艷平.cc2530单片机多点温度采集实验设计[J].实验室研究与探索，2018，37（12），98-101，106

[4]张伟，胡雄强，王明倩，任康.一种基于物联网家居系统设计[J]，2019，（3），48-51

[5]谢舰锋.物联网下室内温度智能控制系统优化设计[J].电子设计工程，2018，26（16），67-71.