基于ZigBee技术的无线压力传感器的设计

信息通信

INFORMATION & COMMUNICATIONS

2017

(Sum. No 169)

基于ZigBee技术的无线压力传感器的设计

刘强伟，胡永生

(滨州学院信息工程系，山东滨州256603)

摘要：设计一种基于ZigBee无线通信技术的压力传感器的方案。该系统主要包括压力传感器节点、路由器节点和数据

接收节点构成，节点之间利用ZigBee技术实现无线通信。将采集到的压力数据模拟值利用A/D芯片转换成数字值，然 后采用ZigBee无线通信技术传送到数据接收节点，实现无线压力传感器的设计。该设计具备抗干扰性强、时延短、操作 方便等特点，有较广阔的应用前景。

关键词:ZigBee技术;压力传感器;无线通信中图分类号:TP212 文献标识码:A

文章编号：1673-1131(2017)01-0059-02

Design of Wireless Pressure Sensor Based on ZigBee Technology

Liu Qiangwei, Hu Yongsheng

(Department of Information Engineering, Binzhou University, Binzhou Shandong 256603, China)

Abstract: A scheme of pressure sensor based on ZigBee wireless communication technology was designed. The system is ma­inly consist of pressure sensor nodes, router nodes and data receiving nodes, which were used ZigBee technology to realize wire­less communication. The simulated value of the collected pressure data was converted to digital value by using A/D chip, and then the ZigBee wireless communication technology was also adopted to transmit the data to tiie data receiving node to realize the design of wireless pressxire sensor. The design has the advantages as strong anti-interference, short time delay, convenient operation，andalsohasabroadapplicationprospects.Keywords: ZigBee Technology; Pressure Sensor; Wireless Communication

时，网络拓扑结构可以采用星形、网状等结构形成更加庞大的 组网；

(5)安全性高:采用2.4GHz的工作频段，对数据能够实现 完整性检查。

〇引言

随着计算机技术、信息技术的迅速发展，传感器技术被广 泛应用于社会生产与人类生活的诸多实际当中[1]。同时，考虑 实际中某些特定场所的安全性、提高工作效率、节约人力资源 成本等多方面因素，结合现代社会工业化、智能化的进程，无 线压力传感器成为高新技术产物之一B]。

目前市场上常用的无线压力传感器都是基于短距离无线

通信技术的，主要有蓝牙、红外线、WiFi、ZigBee等种类气比 较这几种常用的短距离无线传输技术，ZigBee技术以其具备 的实用性强、低成本、低功耗、高效能等优点，同时在数据传输 时表现的可靠性较高、网络容量大且兼容性好,更适应于无线 压力传感器的设计。

本文设计了一种基于ZigBee无线通信技术的压力传感器 的方案。采用ZigBee技术将压力传感器测得的压力值从远处 传到数据接收节点，从而使得检查人员能够更加及时、安全、 便捷地获得所需的压力信息，极大提高了操作人员的工作效 率、节约人力资源成本。

2硬件设计

2.1整体结构设计

无线压力传感器主要包括无线压力传感器节点、无线路 由节点以及无线数据接收节点三个模块。在设计的无线压力 传感器中，传感器节点与路由器节点、路由器节点与接收节点

之间的传输技术采用ZigBee无线通信技术，实现压力值的无 线传输[4]。传感器节点负责采集待测的压力数据值，利用ZigBee 无线传输模块经路由器的协调传输到接收节点，进而处理并 存储数据值，且最终实现LED显示以及上位机显示。无线压 力传感器的基本整体框架如图1所示。

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1 ZigBee技术介绍

ZigBee技术是一种可嵌入式的短距离无线通信技术，是

基于IEEE802.15.4无线标通信准研制开发，广泛应用于现代 社会中的自动控制领域，如煤矿、物流等行业。ZigBee技术作

为一种广泛应用的无线短距离通信技术，主要特点如下[4]:

(1) 传输速率相对不高:10KBPS-250KBPS;

(2) 格低廉；

(3)

无线压力传感器节点无线路由节点无线数据接收节点

LED

显示

图1无线压力传感器的基本整体框架

2.2传感器节点设计

无线压力传感器的传感器节点主要由压力传感器、处理

存储、电源以及无线通信四个模块组成。压力传感器模块负

成本不高:ZigBee协议相对比较简单，ZigBee模块价 责采集获取准确的压力信息，而后将信息传送给模拟/数字(A/

D)转换芯片，将模拟值转化成数字值，送到处理器进行存储与 功耗低:在无源待机模式下工作，普通的蓄电池都可以 处理。处理后的压力值将被传到无线通信模块，利用ZigBee

无线通信技术传输到路由节点。传感器节点的基本框架结构

如图2所示。

使用将近1年及以上；

(4) 网络容量较大:单个网络最多可以支持255个终端，同

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信息通信图2无线传感器节点的基本框架结构

A/D转换芯片采用HX711型号，其是基于髙精度设计的 24位A/D转换器芯片，具备响应速度快、集成度高、抗干扰性

强等特点[61。

处理器存储模块采用CC2530芯片为核心器件，CC2530 是用于 2,4GHz EEEE802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 应用的一个 真正的片上系统(SoC)解决方案，可以用于实现基于KgBee 的无线通信技术^。该芯片的主要优点是整合了 ZigBee射频 (RF)前端存储器和微控制器，内嵌増强型8051微处理器、8KB 的RAM、256KB的闪存以及其他强大的支持功能和外设。

电源模鱗择蓄电_行供电，电池可以选用可拆换的5 号电池或者纽扣式蓄电池，一般使用雜能达到8-10个月，甚 致长。

2.3路由节点设计

无线压力传感器的路由节点主要由ZigBee协调器部件组 成，统筹处理来自于诸多终端压力传感器节点的压力数据值, 并利用无线传输技术传输到接收节点。无线压力传感器的路 由节点的基本框架结构如图3所示。

图3无线路由节点的基本框架结构

2.4接收节点设计

无线压力传感器的接收节点主要由无线接收、处理存储、 电源以及上位机显示四个模块组成。无线接收模块负责接收

来自于ZigBee协调器发送过来的数据，并对数据进行存储处 理，然后对数据进行LED显示且在上位机显示输出并存储。 无线压力传感器的接收节点的基本框架结构如图4所示。

图4无线数据接收节点的基本框架结构

3软件设计

无线压力传感器的软件设计包括硬件以及上位机的设计。

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刘强伟等:基于ZigBee技术的无线压力传感器的设计

在无线压力传感器的硬件部分的软件设计主要完成压力 数据值的采集与传输，同时利用ZigBee无线通信协议将数据 值传输到接收端，实现无线通信，并具备预警功能ra。硬件部 分的无线通信协议的软件设计流程图如图5所示。

图5硬件部分无线通信软件设计的流程图

在完成无线压力传感器数据的接收之后，要将获得的压 力数据值传送到上位机，并对数据进一步实现存储和显示。

4结语

本文提出了一种基于Zi码ee技术的无线压力传感器系统 的设计方案。该系统的节点之间利用ZigBee无线通信技术实 现短距离传输。将采集到的髙精度模拟压力值，首先通过A/

D转换芯片转换成数字值，然后通过ZigBee无线通信技术将

得到的数字值传送到无线数据接收节点，进而完成无线压力 传感器的设计。

本文设计的无线压力传感器的发送接收半径至少达到 6Qm，远大于其它如蓝牙技术等短距离的无线传输技术的传输 距离，传输速率可达200kb/s，抗干扰性强,时延短，操作方便, 在煤矿、油田、物流、工厂等诸多场所具有广阔的应用前景。

参考文献：

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传感器设计⑴.仪表技术与传感器，2016(9): 17-21,25.基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（No.

201410449025)，滨州学院服务滨州科学发展行动计划项目 (NO.BZXYFB20130702)

作者简介:刘强伟(1994-),男，山东临沂人,本科生，主要研究 方向为短距离无线通信技术。