在糧庫溫控系統、冷庫溫控系統、智能化建筑控制系統、中央空調系統等眾多應用系統中都需要多點分布式" title="分布式">分布式溫度" title="溫度">溫度測量系統。傳統的多點分布式溫度報警系統" title="報警系統">報警系統大多采用有線傳輸方式，布線繁瑣、耗材多、造價高、功耗大、擴展性能差、更新升級代價大、影響美觀。而且由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、磨損等，故障發生率和誤報率高。
本文將ZigBee技術與溫度測量技術結合起來，構成單總線、低功耗、抗干擾能力強、組網靈活的分布式無線溫度報警系統，避免了有線系統帶來的諸多不便，提高了溫度采集監控的性能。
1 分布式無線溫度報警系統總體設計
分布式無線溫度報警系統主要由3個部分組成： 溫度采集終端、協調器和監控終端。分布式無線溫度報警系統的整體架構如圖1所示。
其中溫度采集終端功能為完成溫度信息的自動采集和無線傳輸。協調器功能為負責整個傳輸系統的初始化，提供安全管理服務，通過串口接口與監控終端的單片機進行數據通信。監控終端的功能為對協調器設備上傳的數據進行分析并作出相應的處理。
2 溫度采集終端硬件設計
溫度采集終端由CC2430、DS18B20、RT9002、LED、電源電路等組成。智能型溫度傳感器DS18B20的輸出為數字信號，直接連接到CC2430的I2C口。采集終端采用電池供電方式，5V鋰電池經XC6221A302MR降壓至3．3V供終端節點使用。采集終端硬件部分原理圖如圖2所示。
2．1 CC2430芯片介紹
CC2430是Chipeon公司推出的用來實現嵌入式ZigBee應用的片上系統。它支持2．4 GHz IEEE 802．15．4／ZigBee協議。該芯片延用以往CC2420芯片的結構，在單個芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用一個8位MCU(8051)，具有32／64／128kB可編程閃存
和8kB的RAM，還包含模／數轉換器(ADC)、幾個定時器、AES-128安全協議處理器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路和掉電檢測電路。CC2430的低功耗無線通信能力、高性能的處理和傳輸能力以及網絡容量大等獨特的設計使其成為分布式無線溫度監測報警系統硬件實現的最佳選擇之一。
2．2 DS18B20芯片介紹
DS18B20是美國Dallas公司生產的“一線總線”接口的數字化傳感器。其具體功能特點為：3．0～5．5V單電源供電；微型化、低功耗、抗干擾能力強、易與微處理器接口；溫度測量范圍為-55～+125℃，測溫分辨率可達0．5℃；3引腳TO-92小體積封裝(GND腳接地，DQ腳作為信號線，VCC腳接電源)；可編程為9～12位A／D轉換精度；只需一根端口線就能與MCU通訊；每只DS18B20有惟一的序列號并可存入其ROM中，便于實現多芯片多點測量；在使用中不需要任何外圍元件；用戶可自設定非易失性的報警上下限值。本系統采用DS18B20可以簡化系統結構，提高系統可靠性，能較好地對環境復雜的場所進行長時間溫度采集。
3 協調器硬件設計
協調器是分布式無線溫度報警系統的核心，負責溫度采集終端的自動組網，接收采集終端的溫度信息并將其上傳給監控終端。協調器由CC2430、RT9002、LED、電源電路、串口電路等組成。CC2430通過RS-232和監控終端進行通信，MAX232實現TTL電平和RS-232電平的轉換，然后通過9針串口和監控終端進行通信，其中MAX232的TXD／RXD端分別接CC2430的P0．3／P0．2端口。狀態指示燈接CC2430的P2．0口，當模塊初始化完成后，狀態指示燈亮，表明協調器工作正常。協調器的電源供應為市電，不需要更換電池，而且不必擔心協調器電源耗盡。市電經變壓器轉換為6～12V直流電，然后送RT9002芯片轉換成3．3V直流電供協調器使用。天線設計要注意阻抗匹配，CC2430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50 Ω，同時為芯片內部的PA及LNA提供直流偏置。硬件部分原理圖如圖3所示。
4 監控終端硬件設計
監控終端由8031、7406、PB2130UP002A(壓電式蜂鳴器)、電源電路等組成。8031通過RS-232接收協調器上傳的數據，MAX232實現TTL電平和RS-232電平的轉換，其中MAX232的TXD／RXD端分別接8031的P3．0／P3．1口。低電平驅動器7406實現TTL電平轉換，7406的輸入端接803 1的P1．0口，輸出端與PB2130UP002A連接。當被監測溫度超過設定門限值時，8031的PL0口輸出高電平“1”，7406的輸出為低電平“0”，使壓電蜂鳴器獲得將近5V的直流電壓，產生蜂鳴音。當被監測溫度低于設定門限值時，P1．0口輸出低電平“0”，7406的輸出端升高約+5V，壓電蜂鳴器的兩端直流電壓降至接近于0V，無蜂鳴音。監控終端的電源供電應為市電，市電經變壓器轉換為6～12V直流電，然后送78L05穩壓集成電路轉換成5V直流電供蜂鳴器使用。硬件部分原理圖如圖4所示。
5 系統測試及結論
根據上述系統設計方案，構造了含四個溫度采集終端的分布式無線溫度報警系統。系統測試是將四個zigBee節點分布到一個大倉庫的四個角落里，ZigBee節點與協調器節點之間的距離在50m左右。測試結果為：當被測溫度在高于閾值上限或低于閾值下限時，蜂鳴器工作，說明溫度此時處于不正常狀態，需要做出相應的處理；當溫度在閾值范圍內浮動時，蜂鳴器不工作，說明此時溫度處于正常狀態。
系統實驗測試結果表明：本設計能實現溫度信息的采集、無線傳輸，監控終端對接收到的溫度信息做出相應的處理，達到了設計的目的，有一定的實用價值。
6 結束語
ZigBee無線通信技術解決了分布式有線溫度采集系統布線繁瑣，維護、升級、擴展困難等問題。用DS18B20來測量溫度，解決了傳統溫度采集硬件電路復雜的問題。ZigBee技術和DS18B20的結合簡化了系統設計，減少了布線工作量，降低了系統成本，提高了測量精度，增強了抗干擾能力，提高了系統的穩定性，增強了實用性。