基于ZigBee和GPRS的远程监控系统设计.pdf
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1、 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ 消防与安防 低压电器(200912)现代建筑电气篇李 文(1971),女,讲师,研究方向为电子技术与嵌入式系统。基于ZigBee和GPRS的远程监控系统设计李 文(北京工商大学,北京 102488)摘 要:设计了一种基于ZigBee无线传感器网络和GPRS技术的远程监控系统,可以对温室内的温度、湿度以及红外报警等信息进行实时采集和远程监控。系统采用SPCE3200单片机、UZ2400射频收发器组成符合ZigBee协议规
2、范的星型网络结构,利用SI M300模块实现GPRS远程监控。试验证明,该系统性能可靠,具有良好的实时性和扩展性,可广泛应用于其他类似的场所。关键词:无线传感器网络;远程监控;ZigBee;GPRS中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:100125531(2009)1220037203Design of RemoteM on itoring and Control System Based onZigBee and GPRSLIW en(Beijing Technology and BusinessUniversity,Beijing 102488,China)Abstract:A
3、 remote control system based on ZigBee wireless sensor network and GPRS technology were de2signed in order to control environment of greenhouses,and the real2time information of temperature,humidity andinfrared alarming could be collected and controlled remotely.SPCE3200 andUZ2400 were used in the s
4、ystem to es2tablish a star network which conformed to the ZigBee protocol standard.SI M300 was used to realize GPRS remotecontrol.The experimental results showed that the system could be applied in other similar field because of its highreliability,excellent real2ti me characteristic and extensibili
5、ty.Key words:wireless sensor network;remote control;ZigBee;GPRS0 引 言目前,我国很多特殊培植温室还是采用人工管理,在种植规模较大时,需要大量的人力对环境(如温度、湿度等参数)进行实时监测,以便及时了解种植情况,同时由于防盗也需要对人员进出情况进行监测。为使种植者从繁杂的劳动中解放出来,减少劳动成本,提高管理效率,本文将ZigBee和GPRS技术相结合,充分利用网络资源,设计了对大型温室多个目标进行实时远程监控的系统。在每个温室的一处或多处安装温度、湿度、红外报警传感器,组成ZigBee无线传感器网络。这是一种低功耗、低复杂度、低
6、数据速率(250 kb/s)、低成本的无线网络技术,支持传感器信息采集、传输和处理,可以将不同地点的多个传感器数据利用无线网络进行通信1,同时结合GPRS技术实现远程监控,改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制,使网络显示出巨大的优势2,3。该系统成本低、安全可靠、可扩展性强,可广泛应用于大规模的大棚、花房、家禽养殖厂等温室建筑场合。1ZigBee无线传感器网络ZigBee是一种介于无线标记和蓝牙之间的技术,主要用于近距离无线连接。ZigBee的传输距离在10100 m范围内,在空旷的环境中可达150 m。1台ZigBee设备可与多达254台其他ZigBee设备连接,它
7、依据IEEE 802.15.4标准和ZigBee协议,可以在数千个微小的传感器之间相73 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/低压电器(200912)现代建筑电气篇 消防与安防 互协调并实现通信。这些传感器只需很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以通信效率非常高。一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。ZigBee技术的低数据速率和通信范围小的特点决定了它适合于承载数据流量较小的业务4。典型
8、的ZigBee无线传感器网络包括分布式传感器节点、路由节点、协调器节点等。其中协调器节点负责建立ZigBee网络,之后它和其他路由节点一样,负责路由和转发数据,并且维持ZigBee网络。不论哪种节点,都具有传感、信号处理和无线通信功能。它们既是数据的发起者,也是数据的转发者,通过网络自组织和多跳路由,将数据向协调器节点发送。协调器节点可以使用RS-232方式或无线方式与外部通信。2GPRS网络GPRS网络是一种以分组交换技术为基础,传输数据及指令的高效数据传输网络。它的基本功能是在移动终端和Internet网络的路由器之间传递分组数据。与电路交换相比,具有数据传输速率高、永久在线和费用低等特点
9、。3 系统方案设计如图1所示,由不同的温度、湿度及红外等传感器节点组成的基于ZigBee的无线传感器网络,采用星型拓扑结构。所有传感器节点将采集到的状态信息都通过路由传送到协调器节点,协调器节点通过RS-232串口与GPRS模块相连接,实时传输温室内传感器的监测数据,最后发送给远端的监控中心。网络中的数据传输采用了碰撞避免机制和完全确认的数据传输机制,而且网络层和MAC层都有安全策略,各个应用可以灵活确定其安全属性,整个网络的可靠性和安全性都比较高。3.1 系统硬件设计3.1.1 传感器节点的构成传感器网络节点主要由传感单元(包括传感器和A/D转换模块)、电源、微处理器(包括CPU、存储器和嵌
10、入式操作系统等)和通信单元(由无线通信射频模块组成)等组成,能完成数据采集、图1 系统方案结构图信号检测和传递信息的任务。该系统采用了典型的无线传感器节点的结构,如图2所示。图2 无线传感器的典型结构图 按照体积小、功耗低的设计原则,系统采用普通电池供电,电源管理芯片使用AD公司的ADP333823.3,选用SOT2223封装。选用的温湿度传感器SHT75是一种高精度的数字传感器,外部电路非常简单,使用两线数字输出,14 bit A/D转换器,测量温度范围为-40123.8,测量精度为 0.3,湿度范围为0100%RH,精度为1.8%RH。红外传感器采用PD632,它是一种数字热释电传感器,工
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- 基于 ZigBee GPRS 远程 监控 系统 设计
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