现在，跟着工业出产主动化程度不断进步，温湿度等出产环境要素监控智能化程度也在不断开展。传统丈量设备功用单一，选用线缆衔接各丈量节点，丈量体系架起杂乱，数据处理实时性不高。跟着短距离无线通讯技能、嵌入式技能和传感器技能的开展，工业现场丈量体系的网络化、智能化得到快速进步。本文开发了依据ZigBee无线Mesh网络的温湿度丈量体系，具有网络覆盖才能强、丈量精度高、现场架起方便、体系智能化程度高的特色，合适工业现场大范围温湿度丈量监控运用。
1 体系整体规划方案
无线温湿度丈量体系将现场温湿度验证记载与ZigBee网络融为一体，具有数据搜集、存储和处理剖析的功用，用户可经过上位机软件把握现场环境数据。体系整体结构由无线丈量终端、无线基站和上位机构成。运用LabWindows/CVI编程开发的上位机软件，完结对无线基站和无线丈量终端的办理、丈量操控以及数据上传处理。无线基站选用AT91SAM9263工业级微处理器，结合支撑ZigBee运用的片上体系芯片CC2530作为硬件渠道，树立和保护整个ZigBee网络。无线丈量终端以低功耗处理器MSP430F2618作为操控中心，担任传感器数据搜集和处理，经过搭载的CC2530无线网络模块参加现场丈量网络并上传丈量数据。
ZigBee网络选用网状(Mesh)网络的拓扑结构，其网络路由主动树立和保护，网络节点可经过多条途径传输数据，即使某个节点脱离网络，与其相关的节点主动寻觅其他途径从头参加网络，完结路由修正，进步了网络牢靠性。ZigBee网络中无线基站和无线丈量终端别离作为和谐器和路由器构成Mesh网络，网络覆盖才能强，体系架起灵敏。体系结构如图1所示。
2 硬件规划
2.1 无线基站
无线基站是无线温湿度丈量体系中的要害节点，一方面担任与上位机通讯，获取工程装备信息，丈量完毕后将各网络节点数据上传至PC;另一方面创立和保护ZigBee网络、完结无线丈量终端的入网和办理、网络数据聚集、存储和转发。无线基站选用AT91SAM9263作为操控中心，其内部嵌入了高达220MIPS(每秒百万条指令)的处理器内核，96 KB内部SRAM，支撑外部总线以及丰厚的外设资源。在AT92SAM9263、外部DDRAM和NorFlash组成最小体系基础上，结合ZigBee无线网络模块、串口通讯、液晶显现、SD卡存储，完结相应功用。串口选用RS232电平与PC完结通讯，LCD高五颜六色液晶显现体系状况及实时丈量数据，SD卡保存一切节点历史数据。
ZigBee无线网络模块选用CC2530高度集成片上体系芯片，结合外围硬件电路及外置全向天线，装备TI规范ZStack-CC2530协议栈，作为网络和谐器，完结对无线丈量终端的办理和数据传输。
无线基站框图如图2所示。
2.2 无线丈量终端
无线丈量终端以低功耗处理器MSP430F2618为中心，选用与无线基站相同的CC2530片上体系芯片，首要完结温湿度数据搜集、存储和上传，作为网络路由器节点完结转发通讯和路由保护等功用。无线丈量终端首要包含MSP430F2618微处理器子体系、A/D转化操控、ZigBee无线网络、人机接口、SD卡存储、电源办理等单元模块。
温度丈量运用铂电阻传感器PT100;湿度丈量选用湿度传感器HC2，传感器的输出为0~1 V的电压信号。传感器数据搜集运用分辨率为16位的Σ-Δ模数转化芯片AD7715，与MSP430F2618微处理器选用SPI接口通讯。无线丈量终端9路铂电阻和3路湿度传感器丈量通道复用一个A/D转化芯片，经过I/O口操控模仿开关和多路挑选器挑选需求丈量的通道进行采样。
人机接口选用拓普微公司LM2068图形点阵液晶显现模块，液晶与MSP430F2618选用并口衔接方法。体系集成的4个按键的小键盘，可用于开/关机、发动丈量和显现界面切换。无线丈量终端运用SD卡保存每个丈量通道的数据，MSP430F2618选用SPI接口完结SD卡接口通讯。
BQ27501芯片与微处理器之间经过I2C总线互连，完结锂电池电量监测和办理。
无线丈量终端框图如图3所示。
3 软件规划
3.1 Mesh网络路由规划
Mesh网络的路由算法首要完结挑选方便的途径、节省网络资源、减轻体系通讯负荷、进步网络晓畅率。一起因为无线丈量终端选用电池供电，在某个无线丈量终端停电导致网络拓扑结构产生改变的状况下，有必要确保数据传输链路快速康复。
Mesh网络选用AODV算法与Cluster-Tree算法相结合的路由规划。Cluster-Tree算法中，不需求保护路由表，节点收到信息后当即传输给下一跳节点。该算法可以削减路由协议的操控开支，但无法确保树立的途径为最优途径，形成网络各节点通讯流量分配严峻失衡。AODV算法是一种按需驱动路由协议，其路由进程分为路由发现和路由保护两部分。当无线基站和无线丈量终端之间需求通讯时，源节点建议路由发现进程，播送一个路由恳求，街坊节点收到路由恳求后，判别自己是否为该次路由发现的方针节点，若是则回复路由应对并在本途径一切节点树立路由表，若不是则持续转发路由恳求直至抵达方针节点。路由保护是经过周期性地组播HELLO报文来获悉街坊节点通讯状况，以承认路由完好。若某个节点下一跳脱离网络，则向上游节点陈述路由断开信息，相关节点丢掉无效路由，源节点开端从头路由发现。该算法可以快速精确地创立从源节点到方针节点的路由，并且路由节点不需求保存整个网络的一切路由信息。当网络中路由状况产生改变时，其相关节点可以快速呼应，消除无效路由信息，完结路由表的主动修正。
无线温湿度丈量体系的网络通讯遵从以下进程：(1)终端保护获取一切即将运用的终端MAC地址;(2)发动无线基站，其作为仅有的网络和谐器树立和初始化ZigBee网络;(3)发动各无线丈量终端，其作为网络路由器参加ZigBee网络，一起上传本终端信息;(4)无线基站搜集一切在线丈量终端信息，向上位机智能温湿度丈量办理体系软件陈述网络状况;(5)上位机向无线基站发送工程装备信息，无线基站播送装备信息，依据装备发动相关传感器通道丈量;(6)无线丈量终端将丈量数据经过路由传送至无线基站，无线基站将数据聚集、处理、存储并上传给上位机智能温湿度丈量办理体系软件剖析处理;(7)网络以固守时刻距离120 s进行路由信息保护，若某个无线丈量终端脱离网路，则向无线基站陈述终端脱离，并从头开端相关节点的路由发现，进行路由修正。
3.2 上位机软件规划
上位机软件运用LabWindows/CVI软件编程，完结工程装备、传感器校准和数据剖析三大功用。工程装备完结的功用有：(1)传感器分组设置;(2)按键/越限/周期/守时发动形式设置;(3)按键/越限/超时中止丈量设置;(4)采样距离设置;(5)报警参数设置。传感器校准分为铂电阻校准和湿度传感器校准两部分。铂电阻校准经过在各温度节点搜集校准数据，运用PC强壮的核算才能进行铂电阻非线性拟合，生成校准参数并剖析校准精度。湿度传感器为线性输出，只需线性校准即可。校准系数经过串口下载到丈量终端。丈量完毕后，上位机导入SD卡中数据，产生报警信息并生成数据报表。上位机程序流程图如图4所示。
3.3 无线基站软件和无线丈量终端软件规划
无线基站软件完结下载丈量工程文件、无线丈量终端操控、丈量数据聚集、存储和上传。软件编程选用操作体系笼统层(OSAL)多使命资源分配机制，依据体系功用内聚性及时刻急迫程度按优先级由高到低将使命划分为网络使命、串口使命、SD卡存储使命和显现使命。各使命初始化今后，体系处于闲暇状况，选用事情轮询方法，当事情产生时，唤醒体系进行相应使命处理，处理完回到闲暇状况。若几个事情一起产生，按优先级顺次处理。
无线丈量终端软件完结体系一切丈量功用，首要包含网络通讯、传感器通道丈量、数据存储、界面显现、低功耗等使命。软件相同选用OSAL多使命处理机制，在体系闲暇状况进入睡觉状况，体系外设悉数封闭，极大地下降体系功耗。
4 体系测验
在PC上装置上位机智能温湿度丈量办理体系软件，运用串口衔接电脑与无线基站，将10个无线丈量终端别离安置在室外及室内，接连丈量48小时室表里温湿度改变状况。运用上位机智能温湿度丈量办理体系软件读取采样数据并制作数据改变曲线，部分数据显现如图5所示。图中显现了传感器通道编号及其对应曲线色彩，表格左面刻度为温度，右边刻度为湿度，曲线显现了48小时内温湿度改变状况。
体系测验显现，该体系运转安稳，网络牢靠，数据搜集精确完好，体系具有杰出的操作性。
本文规划了一种依据ZigBee无线Mesh网络的温湿度丈量体系。该规划交融了嵌入式技能和无线传感网络技能，经过组成无线ZigBee网络，无线丈量终端作为路由器节点选用多跳传输的方法将数据传送到无线基站，上位机软件与无线基站通讯，到达工业现场大范围多点温湿度丈量的意图。无线网络选用Mesh网络的拓扑结构，选用AODV与Cluster-Tree相结合的路由算法，可以完结快速路由发现和路由保护。现在，该体系现已成功运用于实验室温湿度标定和校准，也可搭载其他传感器运用于相关物理量丈量范畴。
