尹瑾　杨炳旺　张宗玉

摘要：针对当前国内白酒行业市场需求量大，但总体机械化程度较低的实际情况，研发了一种以低功耗、节能环保为基本理念，基于ZigBee无线数据传输的远程监控系统。系统采用TI（Texas Instruments）公司的CC2530射频芯片以及DHT11温、湿度传感器，在ZigBee协议的基础上进行应用开发，通过实验测试表明该系统性能稳定，功耗低，可以满足窖池现场数据监控的需要。

关键词：ZigBee模块；CC2530；DHT11

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）05-0259-02

1引言

目前国内白酒行业依然是一个传统方式生产、劳动密集型的行业，市场需求量大但总体机械化程度较低。特别是受劳动力成本不断攀升、土地资源日益紧张和国家发展高效、低耗产业政策的影响，中国白酒改变传统生产方式已经迫在眉睫。为了改变这个现状，开发一套能够满足窖池内温、湿度等参数检测和反馈控制要求的硬件设备和软件系统，早日实现白酒行业的机械化与智能化，对提高行业的整体生产效率都是很有价值意义的。

近年来，随着无线通信技术的不断发展，出现了一种介于RFID（Radio Frequency Identification） 和蓝牙之间的短距离通信技术，即ZigBee技术。相比于蓝牙传输距离短成本高和WIFI覆盖范围小的局限性，ZigBee是一种低成本、低功耗、容量大的低速无线个域网技术。主要适用于实时传送的自动控制和远程控制领域，可嵌入到各种设备实现控制智能化。由于窖池的温湿度远程测量系统对实时性和容量要求较高而对速率要求不太高，所以使用ZigBee进行窖池的实时监测可以节约成本，提高现场设备的监控水平。

2 总体方案设计

为了达到对窖池远行测控与管理的目的，系统必须可以进行数据采集、数据传输、数据分析以及数据显示等功能。因此该系统主要由3部分组成：进行数据采集的现场测控系统、进行数据接收的数据传输子系统以及后台显示系统。现场测控系统以基于ZigBee技术的无线射频芯片CC2530为中央控制器，通过DHT11温、湿度传感器对温度、湿度环境实时采集并将数据发送到主机上；数据传输子系统主要通过中心节点负责组建网络，接收来自传感器子节点采集的数据；后台显示系统基于ZigBee协议通过嵌入式屏和组态软件，实时显示监测结果，使各个节点的数据可以直观的展示到屏幕上。

3 系统硬件设计

系统的硬件设备主要包括温、湿度传感器模块、CC2530微处理器模块、串口通信模块。

3.1基于ZigBee的温、湿度传感器模块

传感器模块主要由传感器和射频芯片组成，其设计图如图所示，该终端以基于ZigBee技术的无线射频芯片CC2530为中央控制器，它可通过DHT11湿度传感器温度对温度、湿度环境实时监测，用于实现对窖池酒醅内部温度、湿度的测量。

DHT11数字温湿度传感器含有已校准数字信号输出，相比于其他温、湿度传感器，它的电路连接简单、体积小，信号传输快，集成度高，可同时进行温度、湿度的测量。此外，DHT11具有品质好、反应快、精度高、功耗小、抗干扰能力强的优点，它的温度测量精度是2℃，湿度测量精度为5.0%RH，非常适合本系统的测量。

3.2 CC2530射频收发模块

射频收发模块选择TI公司的CC2530射频芯片，它是TI公司推出的新一代ZigBee标准片上解决芯片，可用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 。CC2530结合了业界领先的RF收发器，和高性能、低功耗的增强型8051微处理器内核，具有抗干扰性能。此外，它的集成度较高，只需很少的外围元件，就可满足网状网络系统的需要。

CC2530 具有很高的接收灵敏度，可编程输出功率可高达4.5dBm。同时，它具有不同的运行模式且运行模式之间转换时间较短，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。

3.3 串口通信模块

本系统中传感器节点和中心节点用的是ZigBee协议通信，而主机和PC机应用的是串口通信，通过DRF1605-RS232转换器，使RS232转换为UART，将采集到的数据通过RS232接口读至PC机上，并通过PC机上的显示屏显示。

4 软件设计

该软件系统要实现子节点的数据采集传送功能，子节点和中心节点的传输通信功能，中心节点设备接收功能及串口的发送与显示功能，所以系统包括子节点软件系统和中心节点软件系统两部分。系统代码采用C语言开发，利用C语言可实现该系统的全部功能且C语言简单明了，有利于软件代码可读性。

4.1子节点程序实现

子节点的任务包括网络连接和现场环境数据采集。系统开始工作后，子节点不断进行扫描是否有可加入的网点，发送入网申请后加入网络，成功加入网络后开始对传感器进行定时扫描，然后将从传感器上的采集到的数据连同自己的网络地址通过无线传输方式打包发送中心节点，以此达到数据采集传送功能。

4.2中心节点程序实现

中心节点的任务包括建立网络，可允许和拒绝子节点加入网络，确定子节点位置并将数据传送到PC机上。系统开始工作后，中心节点建立网络并等待子节点的加入，子节点加入之后，检测子节点所携带的无线数据，接收之后开始进行数据处理，将温度信息和子节点的地址存储在主机内部并通过串口发送到PC机上进行显示。

5 结束语

这是一种基于ZigBee技术的无线温湿度采集系统，整个系统以低成本、低功耗的CC2530无线收发芯片为核心，以TI公司Zstack协议栈为平台，利用DHT11湿度传感器现场采集数据，通过RS232串口与显示屏相连，实现了对温湿度的实时显示和控制。实践表明，基于ZigBee技术的温湿度监控系统对温度、湿度测量准确性高，实时性强，可长时间连续稳定工作，体积小成本低，便于安装维护，对于窖池的远程监控具有很好的应用价值。

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