环境温湿度是影响工农业出产的重要因素，而传统的温湿监测体系多以人为主体，不只费时吃力，且在某些监测体系中，风险系数也较高。近年来，经过无线传感器网络对工农业出产环境实时地监测、监控已成为职业研讨的热门。因为选用了无线网络，使得数据收集体系的规划愈加安全、牢靠和智能化。ZigBee作为一种低功耗、低成本、易于开发和运用的无线通讯技能，被广泛运用于无线数据收集体系的规划中。但实践运用中，依据ZigBee的数据收集体系仍不同程度的面对以下问题：传输间隔短;可扩展性差，若终端节点添加其他用处的丈量传感器，多需从头规划衔接电路;为添加传输间隔而引进的射频前端占用主控芯片的引脚资源等。
为完结对工农业出产环境中的温湿度进行实时、精确地监测，及时为出产战略的调整供给更多、更具价值的数据剖析依据，文中规划了以CC2530和RFX2401C为射频单元、SHT 71为传感节点的ZigBee监测网络。
1 体系规划
该监测体系首要由一个直接与上位机相连的ZigBee和谐器，两个SHT71传感器数据收集节点组成。为完结ZigBee数据收集网络，别离进行体系的软硬件规划：体系硬件首要担任收集周围环境的温湿度数据信息;体系软件则担任数据信息的传递与处理等功用。
2 体系硬件规划
和谐器和传感器终端节点的中心为CC2530F256芯片。CC2530F256是TI公司出产的一款片上体系(System On a Chip，SOC)解决方案，运用于2.4 GHz频段，支撑IEEE802.1 5.4、ZigBee和RF4CE。该芯片结合了抢先的RF(Radio Frequency，RF)收发器的优秀功用、工业增强型8051 MCU内核、体系内256 kB可编程闪存Flash、8 kB RAM、支撑CSMA/CA功用、多种作业形式以满意低功耗体系的需求。CC2530芯片系列尺度更小，价格遍及低于CC2430/CC2431芯片，传输间隔更远，支撑现在遍及运用的ZigBee-2007/PRO协议。Zig Bee 2007/PRO相对于曾经的协议栈具有更好的互操作性、节点密度办理、数据负荷办理、支撑网状网络等特色。一起，与CC2430比较，CC2530片上通用I/O口，均具有独立的中断恳求才能，规划者可自界说中断恳求引脚。依据以上长处，运用CC2530规划出的节点通讯间隔更远，组网功用更安稳牢靠，且性价比更高，适用于体系规划。但CC2530自身具有的射频功用只适用于小功率传感网络，为添加节点的传输间隔，选用RFX2401C作为射频前端，以扩大输出功率。RF射频模块电路如图1所示。RFX2401C只需2个操控引脚，P1.1和P1.4，RXEN为高电平时，TXEN决议数据的收发。与选用CC2591的射频前端扩大电路比较，衔接、操控简略，节约引脚资源。在室外测验环境中，引进RFX2401C的ZigBee网络，通讯间隔均匀添加了约60 m。
2.1 和谐器节点硬件规划
和谐器为全功用设备(Full Function Device，FFD)，是ZigBee传感器网络的中心，担任网络的组成、保护、办理及和谐各传感器节点的作业。和谐器节点硬件电路首要由RF射频模块、RS232串口模块和电源模块组成。射频模块如图1所示，首要担任无线传输数据，添加RFX2401C芯片以进步传输间隔，P0.2、P0.3用作串口通讯引脚;RS232串口模块用于和谐器与上位机通讯，运用SP3223E完结RS232与TTL间的电平转化，电路衔接如图2所示;5 V电源经过TPS79533低压稳压器输出安稳的3.3 V作业电压，对ZigBee射频模块和SP3223E供电。
2.2 传感器节点硬件规划
传感器节点多为简化功用设备(Reduce Function Device，RFD)，其功用简略，无需进行杂乱的数据处理，且接口外设较少。该节点的射频模块规划与和谐器节点相同，选用的传感器为数字温湿度传感器SHT71。SHT71内部包含电容式聚合体测湿部件及能隙式测温部件、校验存储器等，与一个14位的A/D转化器和二线双向串行接口电路在同一芯片上完结无缝衔接。默许丈量分辨率为14 bit(温度)、12 bit(湿度)，在高速或超低功耗的运用中可将分辨率别离降至12 bit和8 bit。该传感器作业功用安稳、牢靠，与MCU之间以二线双向串行接口方法通讯，衔接电路如图3所示。此外，电源引脚(Vdd，GND)之间还封装了一个100 nF的去耦滤波%&&&&&%。
SCK用于MCU与传感器之间的同步通讯，DATA三态门用于数据的读取。经过“发动传输”时序，完结数据传输的初始化作业，然后经过传输相应的指令指定SHT71的作业方法。丈量进程为：微操控器先发一组丈量指令，SHT71丈量完结后，下拉DATA至低电平表明丈量完毕，接着传输2个字节的丈量数据和1 Byte的CRC奇偶校验，其丈量时序如图4所示。
试验中，电源电压为5 V，温湿传感器的分辨率别离为12和8位。因为SHT71内部温度传感器的线性度较好，直接运用式(1)核算实践温度值T
T=d1+d2·SOT (1)
其间，d1=-40，d2=0.04，SOT为温度丈量值。而湿度传感器的线性度较差，为补偿湿度传感器的非线性以获取精确数据，选用式(2)批改输出数值RHline
c1=-4，c2=0.648，c3=-7.2×10-4，SORH为湿度传感器相对湿度丈量值。在丈量与通讯完毕后，SHT71主动转入休眠形式，以削减能耗。
3 体系软件规划
3.1 ZigBee协议栈
ZigBee协议由IEEE802.15.4界说的物理层(PHY)、媒体访问操控层(MAC)、ZigBee联盟界说的网络层(NWK)、运用层(APL)及安全协议标准组成。协议栈结构如图5所示。
ZigBee支撑星型、树形和网状型3种拓扑结构。在星型网络中，一切的终端设备均只与和谐器通讯，不同终端的数据交换需经过和谐器完结，故星型网为单跳网络。树形和网状网具有在网络间对数据包路由的功用，因而为多跳网络。为简化规划，试验室中以和谐器为中心，组成星型网络。
软件规划上，选用契合ZigBee2007标准的ZStack-2.3.0协议栈，可兼容CC2530片上体系解决方案;开发环境为IAR EW，运用C言语编写运用程序。ZStack协议栈中嵌入了OSAL(Operating System Abstraction Layer)多任务操作体系，以便于对ZigBee协议进行办理。当某事情时刻发生后，OSAL依据事情类型将其分配给能处理该事情的具体任务，并对事情加以处理。
和谐器担任ZigBee无线传感网络的组成。通电后，别离对硬件模块和OSAL初始化。在周围空间进行能量检测和信道扫描，挑选一个适宜的信道组成无线网络。为网络分配一个PANID标识，并为该ZigBee和谐节点分配一个16位网络短地址(默许为0x0000)。在组网成功后，接纳传感器节点的入网恳求并为其分配网络地址、接纳传感器节点发送的温湿度数据信息及上位机的操控指令等。和谐器主体作业流程如图6所示。
传感器终端节点首要担任温湿度的收集。初始化后扫描空间中是否有ZigBee网络存在，若有，则申请参加，并周期性发送温湿度丈量数据给和谐器，其作业流程如图7所示。
3.2 上位机监控界面
在Microsoft Visual Stdio 2010开发平台中，运用C#/.NET。开发上位机用户监控界面。传感器节点收集的数据以ZigBee无线方法传递给和谐器，再由和谐器递交给上位机处理和显现。图8为温湿度实时监测界面，横轴为丈量时刻，纵轴为SHT71收集的数据。骤变处是人为干涉时发生的现象。可见，SHT71有较好的灵敏度及安稳性。
4 完毕语
文中运用CC2530和SHT71，规划并完结了可对温湿度进行无线收集的监测体系。在射频前端参加RFX2401C功放单元，有用添加了传输间隔。体系将传感器终端节点收集的温湿信息经ZigBee网络传递给上位机存储和实时显现，便于出产人员剖析处理。规划中，因为选用星型单跳网络，ZigBee网络掩盖规模小，可参加的传感器节点数目有限，满意试验中的运用要求，而运用在实践的出产进程中或许存在必定约束。下一步研讨的重点是在传感器节点添加路由功用或引进有路由功用的RFD，组成网状或树形网络，添加ZigBee网络的掩盖规模。别的，规划具有更多功用的传感器节点，以收集多种类型的环境因子，使体系更具实用价值。
