基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該裝置包括：溫度采集電路、射頻模塊、顯示模塊、工作模式控制電路以及電源模塊，本發(fā)明通過采用智能溫度傳感器，對溫度信號進(jìn)行實時采集、無線傳輸和顯示，同時將包含溫度傳感器的溫度采集裝置分別定義為協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點，通過ZigBee協(xié)議棧完成組網(wǎng)功能，并將無線傳送的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，從而集中控制和管理各溫度監(jiān)測點，實現(xiàn)溫度報警功能，完成對用戶熱能使用情況的實時監(jiān)測。
【專利說明】基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，特別是涉及一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市場上的溫度監(jiān)控方式，如供暖系統(tǒng)，基本上都是采用有線方式，S卩，使用導(dǎo)線連接的方式來傳輸測量數(shù)據(jù)。因采用有線連接方式，不僅布線繁瑣，而且采樣節(jié)點的選擇會因距離、高度等因素大大受限，從而給采樣節(jié)點的安裝和維護(hù)帶來很大不便，擴(kuò)展性和可移植性均較差。尤其對于廣闊空間環(huán)境中的溫度采集，如果采用有線方式成本和功耗都比較聞。
[0003]ZigBee作為一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于短距離的無線傳輸應(yīng)用中，其不僅能有效解決有線連接方式的弊端，而與其他的無線傳輸模塊相比較，又具有自身的許多技術(shù)優(yōu)勢，因此實有必要提出一種技術(shù)手段，利用ZigBee無線通信技術(shù)對供暖系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控，以有效解決有線網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施造價過高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)通信不流暢數(shù)據(jù)易被干擾等難點，使供暖公司快捷掌握用戶信息，為實現(xiàn)控制中心與網(wǎng)絡(luò)終端之間的實時互動通信，建設(shè)低功耗、低價位、高可靠性的智能化供暖系統(tǒng)提供可行性方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之主要目的在于提供一種基于ZigBee的溫度采集裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，其通過采用智能溫度傳感器，對溫度信號進(jìn)行實時采集、無線傳輸和顯示，同時將包含溫度傳感器的溫度采集裝置分別定義為協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點，通過ZigBee協(xié)議棧完成組網(wǎng)功能，并將無線傳送的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，從而集中控制和管理各溫度監(jiān)測點，實現(xiàn)溫度報警功能，完成對用戶熱能使用情況的實時監(jiān)測。
[0005]為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，包括: 溫度采集電路，利用溫度傳感器采集所處區(qū)域的環(huán)境溫度，并將采集獲得的環(huán)境溫度
數(shù)據(jù)上傳至射頻模塊；
射頻模塊，集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，接收該溫度采集電路的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線收發(fā)；
顯示模塊，用于顯示采集點的溫度；
工作模式控制電路，用于設(shè)置組網(wǎng)時射頻模塊的工作模式；以及 電源模塊，用于選擇供電方式并給其他各模塊供電。
[0006]進(jìn)一步地，該溫度檢測裝置還包括一存儲模塊，用于存放環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。
[0007]進(jìn)一步地，該溫度采集電路在溫度高于高溫上限和低于低溫下限時可產(chǎn)生報警信息并將信息上傳至射頻模塊。[0008]進(jìn)一步地，該溫度采集電路包括一單總線采集模式的溫度傳感器和一上拉電阻，實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集。
[0009]進(jìn)一步地，該射頻模塊至少包括ZigBee模塊，集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，其外圍元件包含兩顆晶振及其它一些阻容器件，射頻部分采用巴倫匹配和外置高增益SMA天線。
[0010]進(jìn)一步地，該工作模式控制電路為五向按鍵控制電路，該五向按鍵控制電路由集成或門電路芯片、集成運放電路芯片、芯片典型電路所需的電阻電容和五向按鍵及其上拉電阻組成。
[0011]進(jìn)一步地，該電源模塊包括直流電源、USB接口電源、電池、供電方式選擇電路以及電源穩(wěn)壓電路，通過該供電方式選擇電路選擇是由電池供電，還是由直流電源供電或USB接口供電，并通過由該電源穩(wěn)壓電路對所選擇的電源進(jìn)行穩(wěn)壓后進(jìn)行相應(yīng)輸出。
[0012]進(jìn)一步地，該供電方式選擇電路利用一插座進(jìn)行跳線選擇，并通過一電源開關(guān)對直流電源、USB接口電源及電池進(jìn)行供電方式選擇。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點以及多個終端傳感器節(jié)點，各節(jié)點均為通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接的溫度監(jiān)測裝置，通過配置參數(shù)確定其不同的設(shè)備類型，其中，各終端傳感器節(jié)點分布在各監(jiān)測區(qū)域，用于采集各處的溫度參數(shù)，該協(xié)調(diào)器節(jié)點作為網(wǎng)關(guān)，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)ZigBee協(xié)議接收該路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點的綁定請求從而組建新的網(wǎng)絡(luò)，該路由器節(jié)點起路由作用，接收各終端傳感器節(jié)點的節(jié)點報告并將其發(fā)送至該協(xié)調(diào)器節(jié)點。
[0014]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟:
通過配置參數(shù)確定各溫度監(jiān)測裝置的設(shè)備類型，配置設(shè)定好協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點以及終端傳感器節(jié)點；
通過該協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作模式控制模塊控制協(xié)調(diào)器節(jié)點工作在網(wǎng)關(guān)模式，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)ZigBee協(xié)議接收路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點的綁定請求從而組建新的網(wǎng)絡(luò)；開啟路由器節(jié)點，通過該路由器節(jié)點的工作模式控制模塊控制該路由器節(jié)點向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送節(jié)點報告；
開啟終端傳感器節(jié)點，通過該終端傳感器節(jié)點的工作模式控制模塊控制該終端傳感器節(jié)點向該協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送節(jié)點報告；
在該路由器節(jié)點和該終端傳感器節(jié)點相繼加入網(wǎng)絡(luò)時，該協(xié)調(diào)器節(jié)點做出綁定應(yīng)答響應(yīng)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置、系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法通過采用智能溫度傳感器，對溫度信號進(jìn)行實時采集、無線傳輸和顯示，同時將包含溫度傳感器的溫度采集裝置分別定義為協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點，通過ZigBee協(xié)議棧完成組網(wǎng)功能，并將無線傳送的溫度數(shù)據(jù)和LabVIEW進(jìn)行聯(lián)調(diào)，從而集中控制和管理各溫度監(jiān)測點，實現(xiàn)溫度報警功能，完成對用戶熱能使用情況的實時監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置的系統(tǒng)架構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明較佳實施例中溫度采集電路的電路示意圖；
圖3為本發(fā)明較佳實施例中顯示模塊的電路示意圖；
圖4為本發(fā)明較佳實施例中五向按鍵控制電路的電路示意圖；
圖5為本發(fā)明較佳實施例中電源模塊的電路示意圖；
圖6為本發(fā)明較佳實施例中射頻模塊接口電路的電路示意圖；
圖7本發(fā)明較佳實施例中RS232串口收發(fā)器模塊電路的電路示意圖；
圖8為本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
圖9為本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方法的步驟流程圖；
圖10為本發(fā)明較佳實施例中路由器節(jié)點、終端傳感器節(jié)點加入?yún)f(xié)調(diào)器節(jié)點建立的網(wǎng)絡(luò)的不意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0018]圖1為本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，包括:溫度采集電路10、射頻模塊11、存儲模塊12、顯示模塊13、工作模式控制電路14以及電源模塊15。
[0019]溫度采集電路10利用溫度傳感器采集所處區(qū)域的環(huán)境溫度，并將采集獲得的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)上傳至射頻模塊11，同時，溫度采集電路10在溫度高于高溫上限和低于低溫下限時可以產(chǎn)生報警信息并將信息上傳至射頻模塊11，在本發(fā)明中，溫度采集電路10采用單總線模式，即利用一根數(shù)據(jù)線完成通信；射頻模塊11，集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，用于接收溫度采集電路10的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線收發(fā)；存儲模塊12，用于存放環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，在本發(fā)明較佳實施例中，存儲模塊12為一閃存電路，其由頁可擦除串行閃存存儲器、上拉電阻以及電源和地端的去耦電容組成，由于閃存電路為習(xí)知技術(shù)，在此不予贅述；顯示模塊13，用于顯示采集點的溫度；工作模式控制電路14，用于設(shè)置組網(wǎng)時射頻模塊的工作模式；電源模塊15，用于選擇供電方式并給其他各模塊供電。
[0020]圖2為本發(fā)明較佳實施例中溫度采集電路的電路示意圖。在本發(fā)明較佳實施例中，溫度采集電路10由溫度傳感器DS18B20(P17/P18/P19)和一 4.7ΚΩ的上拉電阻(R56—R61)組成。DS18B20芯片是典型的單總線采集模式，只需要一根數(shù)據(jù)線即可完成通信，具有寄生電源供電和外部電源供電兩種供電方式，本發(fā)明較佳實施例中采用的是外部電源供電方式。由于溫度傳感器DS18B20內(nèi)部的ROM中有一個64位的序列號，為單總線多點溫度測量提供了可能，利用溫度傳感器DS18B20內(nèi)部中Th、Tl兩個高低溫報警觸發(fā)器可以實現(xiàn)溫度報警功能。
[0021]在本發(fā)明較佳實施例中，射頻模塊11至少包括ZigBee模塊，其集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，其外圍元件包含一顆32MHz晶振和一顆32.768KHz晶振及其它一些阻容器件。射頻部分采用巴倫匹配和外置高增益SMA天線，接收靈敏度高，發(fā)送距離遠(yuǎn)，空曠環(huán)境最大傳輸距離可達(dá)400米。
[0022]在本發(fā)明較佳實施例中，顯示模塊13選用128*64的點陣圖形液晶。液晶顯示采用串行模式，如圖 3 所示，LCD_SCL、LCD_S1、VCC_LCD_L、GND、L_BLA_L、LCD_CS、LCD_RESET、LCD_A0分別表示串行模式時鐘端、串行模式數(shù)據(jù)端、模塊邏輯電源輸入端、邏輯電源地、LED背光電源正端、芯片選通端(低電平有效)、復(fù)位信號(低電平有效)、命令數(shù)據(jù)選通端(H:數(shù)據(jù)，L:命令)，通過液晶模塊可以實時在終端節(jié)點上顯示采集的溫度值。
[0023]在本發(fā)明較佳實施例中，工作模式控制電路14為五向按鍵控制電路，該電路主要由集成或門電路芯片SN74HC32、集成運放電路芯片TLV272、芯片典型電路所需的電阻電容和五向按鍵及其上拉電阻組成。如圖4所示，U3可以檢測五個方向(中心、向上、向下、向左、向右)和一個按鍵動作。需要有 KEY_UP、KEY_D0WN、KEY_LEFT、KEY_RIGHT、KEY_PUSH 五個信號來描述方向按鍵動作。在與射頻控制模塊配合時，提供兩個信號KEY_M0VE、KEY_LEVEL來描述按鍵動作。當(dāng)按鍵朝任何方向移動或被按下時，KEY_M0VE為高電平。
[0024]同時，另一個信號KEY_LEVEL的值來表述按鍵方向。表1為其對應(yīng)關(guān)系，如表1所示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，包括: 溫度采集電路，利用溫度傳感器采集所處區(qū)域的環(huán)境溫度，并將采集獲得的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)上傳至射頻模塊； 射頻模塊，集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，接收該溫度采集電路的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線收發(fā)； 顯示模塊，用于顯示采集點的溫度； 工作模式控制電路，用于設(shè)置組網(wǎng)時射頻模塊的工作模式；以及 電源模塊，用于選擇供電方式并給其他各模塊供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該溫度檢測裝置還包括一存儲模塊，用于存放環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該溫度采集電路在溫度高于高溫上限和低于低溫下限時可產(chǎn)生報警信息并將信息上傳至射頻模塊。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該溫度采集電路包括一單總線采集模式的溫度傳感器和一上拉電阻，實現(xiàn)環(huán)境溫度的采集。
5.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該射頻模塊至少包括ZigBee模塊，集射頻收發(fā)及MCU控制功能于一體，其外圍元件包含兩顆晶振及其它一些阻容器件，射頻部分采用巴倫匹配和外置高增益SMA天線。
6.如權(quán)利要求2所述的一 種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該工作模式控制電路為五向按鍵控制電路，該五向按鍵控制電路由集成或門電路芯片、集成運放電路芯片、芯片典型電路所需的電阻電容和五向按鍵及其上拉電阻組成。
7.如權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該電源模塊包括直流電源、USB接口電源、電池、供電方式選擇電路以及電源穩(wěn)壓電路，通過該供電方式選擇電路選擇是由電池供電，還是由直流電源供電或USB接口供電，并通過由該電源穩(wěn)壓電路對所選擇的電源進(jìn)行穩(wěn)壓后進(jìn)行相應(yīng)輸出。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測裝置，其特征在于:該供電方式選擇電路利用一插座進(jìn)行跳線選擇，并通過一電源開關(guān)對直流電源、USB接口電源及電池進(jìn)行供電方式選擇。
9.一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點以及多個終端傳感器節(jié)點，各節(jié)點均為通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接的溫度監(jiān)測裝置，通過配置參數(shù)確定其不同的設(shè)備類型，其中，各終端傳感器節(jié)點分布在各監(jiān)測區(qū)域，用于采集各處的溫度參數(shù)，該協(xié)調(diào)器節(jié)點作為網(wǎng)關(guān)，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)ZigBee協(xié)議接收該路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點的綁定請求從而組建新的網(wǎng)絡(luò)，該路由器節(jié)點起路由作用，接收各終端傳感器節(jié)點的節(jié)點報告并將其發(fā)送至該協(xié)調(diào)器節(jié)點。
10.一種基于ZigBee的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟: 通過配置參數(shù)確定各溫度監(jiān)測裝置的設(shè)備類型，配置設(shè)定好協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點以及終端傳感器節(jié)點； 通過該協(xié)調(diào)器節(jié)點的工作模式控制模塊控制協(xié)調(diào)器節(jié)點工作在網(wǎng)關(guān)模式，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)ZigBee協(xié)議接收路由器節(jié)點和終端傳感器節(jié)點的綁定請求從而組建新的網(wǎng)絡(luò)； 開啟路由器節(jié)點，通過該路由器節(jié)點的工作模式控制模塊控制該路由器節(jié)點向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送節(jié)點報告； 開啟 終端傳感器節(jié)點，通過該終端傳感器節(jié)點的工作模式控制模塊控制該終端傳感器節(jié)點向該協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送節(jié)點報告； 在該路由器節(jié)點和該終端傳感器節(jié)點相繼加入網(wǎng)絡(luò)時，該協(xié)調(diào)器節(jié)點做出綁定應(yīng)答響應(yīng)。
【文檔編號】G01K7/00GK103528702SQ201310494034
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】艾紅 申請人:北京信息科技大學(xué)