概述：目前，很多場合的測溫系統(tǒng)采用的還是有線測溫設備，由溫度傳感器、分線器、測溫機和監(jiān)控機等組成，各部件之間采用電纜連接進行數(shù)據(jù)傳輸。這種系統(tǒng)布線復雜、維護困難、成本高，可采用無線方案解決這些問題。無線測溫系統(tǒng)是一種集溫度信號采集、大容量存儲、無線射頻發(fā)送、LED（或LCD）動態(tài)顯示、控制與通信等功能于一體的新型系統(tǒng)。
　　
　　本文從低功耗、小體積、使用簡單等方面考慮，基于射頻SoCCC2430和數(shù)字溫度傳感器DS18B20設計了一個無線測溫系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由多個無線節(jié)點和1個基站組成。無線節(jié)點工作在各個測溫地點，進行溫度數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送?；九c多個節(jié)點進行無線通信，并通過數(shù)碼管將數(shù)據(jù)顯示出來，同時可以通過RS-232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC。
　　
　　CC2430簡介
　　
　　CC2430是TI/ChipconAs公司推出的符合2.4GIEEE802.15.4標準的射頻收發(fā)器.利用此芯片開發(fā)的無線通信設備支持數(shù)據(jù)傳輸率高達250kbit/s可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。CC2430的主要性能參數(shù)如下：
　　
　?。?）工作頻帶范圍：2.400～2.4835GHz；
　　
　?。?）采用IEEE802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴頻方式；
　　
　?。?）數(shù)據(jù)速率達250kbit/s碼片速率達2MChip/s；
　　
　?。?）采用o-QPSK調制方式；
　　
　?。?）超低電流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收靈敏度（-99dBm）；
　　
　?。?）抗鄰頻道*力強（39dB）；
　　
　?。?）內部集成有VCO、LNA、PA以及電源整流器采用低電壓供電（2.1～3.6V）；
　　
　　（8）輸出功率編程可控；
　　
　　（9）IEEE802.15.4ＭＡＣ層硬件可支持自動幀格式生成、同步插入與檢測、16bitCRC校驗、電源檢測、*自動MAC層安全保護（CTR,CBC－MAC,CCM）；
　　
　　（10）與控制微處理器的接口配置容易（4總線SPI接口）；
　　
　?。?1）采用QLP-48封裝，外形尺寸只有７×７ｍｍ。CC2430只需要極少的外圍元器件，其典型應用電路如圖２所示。它的外圍電路包括晶振時鐘電路、射頻輸入／輸出匹配電路和微控制器接口電路3個部分。
　　
　　芯片本振信號既可由外部有源晶體提供，有晶振1為基于CC2430芯片的ZigBee在智能交通系統(tǒng)中的應用32MHz,晶振2為32.768kHz。射頻輸入／輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為60Ω，同時為芯片內部的PA及LNA提供直流偏置。
　　
　　CC2430可以通過4線SPI總線（SI、SO、SCLK、CSn）設置芯片的工作模式并實現(xiàn)讀／寫緩存數(shù)據(jù)讀／寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設置發(fā)射／接收緩存器。注意：在SPI總接口上進行的地址和數(shù)據(jù)傳輸大多是MSB優(yōu)先的。
　　
　　CC2420片內有33個16比特狀態(tài)設置寄存器,在每個寄存器的讀／寫周期中,SI總線上共有24比特數(shù)據(jù),分別為:1比特RAM／寄存器選擇位（0:寄存器，1:RAM）,1比特讀／寫控制位（0:寫，1:讀）,6比特地址選擇位、16比特數(shù)據(jù)位。在數(shù)據(jù)傳輸過程中CSn必須始終保持低電平。另外,通過CCA管腳狀態(tài)的設置可以控制清除通道估計,通過SFD管腳狀態(tài)的設置可以控制時鐘／定時信息的輸入。這些接口必須與微處理器的相應管腳相連來實現(xiàn)系統(tǒng)射頻功能的控制與管理。CC2430先將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流進行變換,每個字節(jié)被分組為兩個符號,每個符號包括4個比特LSB優(yōu)先傳輸。每個被分組的符號用32碼片的偽隨機序列表示,共有16個不同的32碼片偽隨機序列。經(jīng)過DSSS擴頻變換后,碼片速率達到2Mchips/s，此碼片序列再經(jīng)過O-QPSK調制,每個碼片被調制為半個周期的正弦波。碼片流通過I/Q通道交替?zhèn)鬏?兩通道延時為半個碼片周期。
　　
　　CC2430為IEEE802.15.4的數(shù)據(jù)幀格式提供硬件支持。其MAC層的幀格式為頭幀＋數(shù)據(jù)幀＋校驗幀；PHY層的幀格式為,同步幀＋PHY頭幀＋MAC幀,幀頭序列的長度可以通過寄存器的設置來改變?？梢圆捎?6位CRC校驗來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)幀被送入RAM中的128字節(jié)的緩存區(qū)進行相應的幀打包和拆包操作。
　　
　　DS18B20概述
　　
　　DS18B20是美國DALLAS公司的“單總線”數(shù)字溫度傳感器，它具有結構簡單、體積小、功耗低、無須外接元件、用戶可自行設定預警上下限溫度等特點。“單總線”結構*而且經(jīng)濟，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。
　　
　　3引腳封裝的DS18B20形如一只三極管，其內部結構如圖2所示。主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器和配置寄存器。此外，還有電源檢測模塊、存儲和控制邏輯器、中間結果緩存器和8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器。
　　
　　ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，可以看作該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20內部的RAM由9個字節(jié)的高速緩存器和E2PROM組成，數(shù)據(jù)先寫入高速緩存器，經(jīng)校驗后再傳送給E2PROM。通過DS18B20功能命令對RAM進行操作。
　　
　　DS18B20的測量溫度范圍為-55℃～125℃,在-10℃～85℃范圍內，精度為0.5℃，可編程設定9～12位的分辨率，默認值為12位，轉換12位溫度信號所需時間為750ms（zui大）。檢測溫度由2字節(jié)組成，字節(jié)1的高5位S代表符號位，字節(jié)0的低4位是小數(shù)部分，中間7位是整數(shù)部分。
　　
　　無線測溫系統(tǒng)組成及硬件設計
　　
　　無線測溫系統(tǒng)主要可分為基站和無線節(jié)點兩大部分。每套系統(tǒng)一般只有1個基站，包括微控制器及射頻收發(fā)單元、顯示單元、報警單元、電源模塊及接口單元，主要硬件連接。
　　
　　接口單元是為了方便射頻模塊和PC的通信，通常可采用RS-232接口、USB接口、以太網(wǎng)接口等，其中，RS-232接口是目前PC與通信工業(yè)中應用zui廣泛的一種串行接口。本文使用RS-232接口，采用MAX3221芯片實現(xiàn)RS-232電平與TTL電平之間的轉換。MAX3221是MAXIM公司生產(chǎn)的一種RS-232接口芯片，使用單一電源電壓供電，電源電壓在3.0～5.5V范圍內都可以正常工作。
　　
　　基站接收到數(shù)據(jù)后，將溫度信息通過數(shù)碼管（或液晶顯示屏）顯示出來，根據(jù)需要，還可以通過RS-232接口與PC進行通信。為簡化系統(tǒng)，本設計直接用CC2430的I0口驅動數(shù)碼管，但是I0口不具備數(shù)據(jù)保持能力，需要外接一定大小的上拉電阻，顯示方法采用掃描法。采用一個蜂鳴器作為報警裝置，當溫度超過設定范圍時，鳴叫報警。射頻天線采用單鞭天線。
　　
　　無線節(jié)點分布在溫度采集點，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20、射頻CC2430、天線及電池組成。在實際應用中，可以有多個無線節(jié)點，它們與基站之間通過射頻進行無線通信。DS18B20有寄生電源和外部電源兩種供電方式，本文采用外部供電方式，VDD引腳直接連接外部電源。DS18B20在空閑時，其D1腳由上拉電阻置為高電平。無線節(jié)點的天線根據(jù)實際需要可選用單鞭天線,陶瓷天線或PCB印制天線
　　
　　基于CC2430和DS18B20的無線測溫系統(tǒng)工作原理及ZigBee網(wǎng)絡
　　
　　在系統(tǒng)中的工作架構無線溫度信號控制系統(tǒng)的管理模式就是集中管理，分級控制，充分利用現(xiàn)有設施，按實際現(xiàn)狀*行單個用戶的自適應協(xié)調，然后是主干線的協(xié)調控制，實現(xiàn)分布式協(xié)調的分級控制，zui終達到區(qū)域控制的系統(tǒng)*。
　　
　　基于CC2430和DS18B20的無線測溫的系統(tǒng)，系統(tǒng)具有以下幾個特點：
　　
　?。?）整個控制系統(tǒng)的各個模塊具有高集成度、高可靠性和低功耗、低成本、體積小等優(yōu)點，維護保養(yǎng)十分方便，只需更換相應節(jié)點即可，避免了傳統(tǒng)控制線路本身帶來許多麻煩，從而大大減少了設備購置成本，建設安裝成本和系統(tǒng)維護成本。
　　
　?。?）的物理性能，整個網(wǎng)絡所使用的無線頻率是通用的免費頻段（2.4~2.48GHzISM），傳輸?shù)姆绞绞强?力強的直序擴頻方式（DSSS），特別適合在干擾較大的環(huán)境中使用。
　　
　　（3）網(wǎng)絡的自組織、自愈能力強，ZigBee的自組織功能：無需人工干預，網(wǎng)絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等，網(wǎng)絡都能夠自我修復，并對網(wǎng)絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。
　　
　　結束語
　　
　　通過系統(tǒng)的設計和對于CC2430芯片的使用，感覺到ZigBee無線溫度傳感網(wǎng)絡應用前景非常廣闊，CC2430芯片是真正意義上的SOC芯片，使得我們開發(fā)ZigBee無線傳感網(wǎng)絡會更加方便，產(chǎn)品開發(fā)周期會大大縮短。