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ZigBee与μIP的嵌入式网络监控系统设计

发布时间:2020-07-13 发布时间:
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摘要:针对传统远程通信方式在嵌入式监控系统中的低速、传输距离短、布线复杂等问题,提出了一种基于ZigBeeμIP协议栈的嵌入式网络监控系统。选用STM32F103C6作为监控系统下位机的主控芯片,与ENC28J60以太网控制器通过SPI接口相连,在μIP协议栈的基础上实现下位机与远程监控主机的网络通信功能,并在ZigBee协议栈的基础上通过CC2530芯片组建无线传感器网络,通过串口与主控芯片通信。
关键词:ZigBeeμIP无线传感器网络远程监控STM32F103C6

引言
嵌入式系统因具有低功耗、实时性强、可靠性高等优点而日益普及,随着网络对人们的生活越来越重要,网络通信功能也成为嵌入式系统的发展趋势。传统的远程监控系统多采用8位或16位主控芯片,通过485总线、红外线等方式进行远程通信。这样的远程监控系统存在反应速度慢、数据传输速率低、布线复杂、易受干扰等缺点。本系统采用32位的STM32F103C6作为主控芯片,现场采集的数据通过ZigBee无线传感器网络,用ENC28J60以太网控制器实现嵌入式系统与远程监控主机的网络通信。该系统可以广泛应用于工业现场、楼宇等需要进行远程监控的场所,具有实时性强、多用户、监控方便、成本低等优点。

1 系统总体结构设计
根据系统的功能,可以把整个监控系统分为3部分:数据采集部分、数据处理与控制部分、远程监控部分。监控系统总体结构如图1所示。


数据采集部分采用CC2530芯片与ZStack协议栈组建的ZigBee无线传感器网络。终端设备对现场的温度、湿度等数据进行采集,通过路由器把数据传送到协调器。协调器与主控芯片STM32F103C6通过RS-232串口通信。
数据处理与控制部分(嵌入式服务器)是整个监控系统的核心,负责接收ZigBee网络采集的数据,并通过以太网把数据发送给远程监控主机,接收远程监控主机发送的命令并执行相应的控制功能。嵌入式服务器由STM32F103C6芯片与ENC28J60以太网控制芯片组成,采用μIP协议栈实现可靠的端到端服务。
远程监控部分由PC机与应用软件组成。应用软件为Visual Studio 2010开发的监控软件,可供用户实时地查看监控对象的参数,并控制远程设备。

2 硬件设计
2.1 数据采集部分
该部分采用TI公司的CC2530芯片。CC2530通过I/O口与数据采集芯片相连,把采集到的数据经过ZigBee无线传感器网络传到数据处理与控制部分。
CC2530除具有代码预取功能的低功耗8051微控制器内核外,还具有8 KB内存、最高128 KB闪存、5通道DMA、一个16位定时器和一个8位定时器、8路输入和可配置分辨率的12位ADC、2个支持多种串行通信协议的强大USART,21个通用I/O口,适应2.4 GHz IEEE802.15.4标准的RF收发器。其具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能,只需要一个晶振和极少的外接元件即可正常运行。CC2530与外围器件的连接关系如图2所示。



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