0 引 言
目前短距離無線通信技術(shù)已成為無線通信技術(shù)的一個重要分支，現(xiàn)實中很多系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常為少量的突發(fā)信號,，這里采用的ZigBee技術(shù)就是具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù),，專門用于這類信息的傳輸，工作在2．4 GHz的免付費,、免申請頻段上,，傳輸速率為250 Kb／s,。這種無線通信技術(shù)具有如下特點：傳輸距離遠(yuǎn)、室內(nèi)大概有30 m,，功耗低,，工作模式情況下，ZigBee技術(shù)傳輸速率低,，傳輸數(shù)據(jù)量很小,，因此信號的收發(fā)時間很短，其次在非工作模式時,，ZigBee節(jié)點處于休眠模式,。
這里把ZigBee技術(shù)應(yīng)用到溫控系統(tǒng)中，現(xiàn)有的溫控系統(tǒng),，很多都是采用有線方式,。通過有線方式傳輸信號,，布線費用昂貴,，維修困難，難于擴展,，在某些情況下甚至無法布線成功,，這是其遇到的一個極大困難，且系統(tǒng)的抗毀性也比較差,，一旦主控制芯片出現(xiàn)了問題,，整個系統(tǒng)就會崩潰。應(yīng)用ZigBee技術(shù)以后,，溫控系統(tǒng)可以從有線方式變?yōu)闊o線方式,。
1 ZigBee技術(shù)的特點
ZigBee低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持簡單器件,。ZigBee定義了兩種器件：全功能器件(FFD)和簡化功能器件(RFD),。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù),。而對簡化功能器件,，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話,，可以按三種方式工作,，分別為：個域網(wǎng)協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器或器件,。而簡化功能器件只能與全功能器件通話,，僅適于非常簡單的應(yīng)用。
2 對等網(wǎng)中的Mesh網(wǎng)絡(luò)的特點
對等網(wǎng)是全部由完整功能器件(FFD)連接而成的,，這種網(wǎng)絡(luò)能提供更高的可靠性,，如圖1所示,。
綜上所述，這里采用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳輸,，并選用ZigBee支持的Mesh網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)此功能,。對等網(wǎng)是全部由完整功能器件(FFD)連接而成的，這種網(wǎng)絡(luò)能提供更高的可靠性,。
該網(wǎng)絡(luò)有一個主控制節(jié)點,，用來啟動整個網(wǎng)絡(luò)，這個主控制節(jié)點由專門的電源供電,，另外還有專門負(fù)責(zé)路由信息的控制節(jié)點,，給信息傳輸提供必要的路由，本身也可以參與溫度的測量,，還有就是一些終端的節(jié)點,，它們可以專門用來測量端點的溫度，另外在必要的時候,，如網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,，它們啟動相應(yīng)的命令，就又可以充當(dāng)路由的功能,。
這種無線網(wǎng)絡(luò)具有較強的抗毀性,，某個節(jié)點出現(xiàn)故障，路由節(jié)點可以選擇另外一條路由去完成此次傳輸,。
3 Mesh網(wǎng)絡(luò)的建立過程
這里所有的站點都是FFD(全功能器件),，可以用下面的方法組建一個網(wǎng)絡(luò)。
每個大型的ZigBee的Mesh網(wǎng)絡(luò)都可以由一個中心協(xié)調(diào)器(PAN)和路由器(Router)組成,。這里以采用以下原語實現(xiàn)：
該原語由具有ZigBee協(xié)調(diào)器能力設(shè)備的應(yīng)用層生成,，發(fā)送給它的網(wǎng)絡(luò)層管理實體，請求初始化設(shè)備,，使之成為一個新網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器,。
該原語返回在網(wǎng)絡(luò)中初始化一個ZigBee協(xié)調(diào)器請求的執(zhí)行結(jié)果。如果成功執(zhí)行了原語,，則狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為SUCCESS,。
設(shè)置ZigBee協(xié)調(diào)器以后，再采用NLME-PER-MIT-JOINING．request原語允許其他設(shè)備同其網(wǎng)絡(luò)連接,。
PermitDuration中參數(shù)的有效值從0x00~0xFF,，0x00和0xFF分別表示連接是否有效，沒有確定的時間限制,，這里選擇0xFF,。
返回：
NLME-PERMIT-JOINING．confirm(
Status 與請求狀態(tài)相對應(yīng)
)
當(dāng)收到該原語后，初始化的設(shè)備上層即得知允許其他設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)請求原語的執(zhí)行結(jié)果，這里收到的結(jié)果應(yīng)該為0xFF,。
在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中,，還要配置路由器，該原語如下：
因為是采用的Mesh網(wǎng)絡(luò),，所以這里的Join-AsRouter的參數(shù)設(shè)置為TURE,。
一個新設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)成功后，就發(fā)送NLME-JOIN．indication原語,，其語法如下：
至此,，一個完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)就建立成功。
這個網(wǎng)絡(luò)具有很好的抗毀性,，在Mesh網(wǎng)絡(luò)中,，當(dāng)一個鏈路或者一個設(shè)備失效時，上層的管理設(shè)備將要重新組織路由的信息,。如果上層設(shè)備由于缺乏路由容量或者其他原因,，該路由器設(shè)備將會給主協(xié)調(diào)器發(fā)送一個路由錯誤的指令幀，里面包含了失敗的原因,。在必要的情況下,，甚至可以從某一個節(jié)點開始，重新組織一個新的Mesh網(wǎng)絡(luò),。
這里的ZigBee無線自組織網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc(無線自組織多跳網(wǎng)絡(luò))還有一點區(qū)別,，后者是在過一定的時間，重新選擇新的路由,，而ZigBee的無線自組織是在路徑丟失的情況下，才會選擇新的路由,。
在某一個芯片出現(xiàn)故障時,，會自動搜尋下一個路由，使得信息的傳輸不會受到影響,；必要的時候,，甚至可以選擇某一個芯片重新啟動整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；而且采用這種方式,，芯片之間接力傳遞,，可以最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。如果采用星型網(wǎng)絡(luò),，由于在終端節(jié)點不是FFD,，而是RFD，如果FFD出現(xiàn)故障,，整個系統(tǒng)就無法工作,，另外其作用范圍也會受到限制。
4 DS18820芯片介紹
美國Dallas半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1 820是世界上第一片支持“一線-總線”接口的溫度傳感器，在整個過程中主要有三個關(guān)鍵的步驟：
(1)搜尋DS18820的序列號,。
(2)如主機控制DS18820完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程,。
(3)設(shè)定DS18820開始溫度轉(zhuǎn)換，讀取溫度的數(shù)值,。
根據(jù)DS18820的通訊協(xié)議：每一次讀寫之前都要對DS18820進行復(fù)位,，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令,，這樣才能對DS18820進行預(yù)定的操作,。
DS18820分為讀程序和寫程序兩部分，其中讀時序分為讀0時序和讀1時序兩個過程,。對于DS18820的讀時隙是從主機把單總線拉低之后,，在15 s之內(nèi)就得釋放單總線，以讓DS18820把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上,，DS18820在完成一個讀時序過程,，至少需要60μs才能完成。DS18820的寫時序仍然分為寫0時序和寫1時序兩個過程,。DS18820寫0時序和寫1時序的要求不同,，當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉低至少60μs,，保證DS18820能夠在15～45μs之間能夠正確地采樣I／O總線上的“0”電平,；當(dāng)要寫1時序時，單總線被拉低之后,，在15μs之內(nèi)就得釋放單總線,。
5 系統(tǒng)連接圖
系統(tǒng)連接圖如圖2所示。
DS18820與單片機的連接在硬件上有兩種方法,，一種是Vcc接外部電源,，GND接地，I／O引腳與單片機的I／O線相連,；另一種是用寄生電源供電,，此時Vcc，GND接地,，I／O接單片機I／O引腳,。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，當(dāng)傳感器DS18820處于寫存儲器操作和溫度A／D轉(zhuǎn)換操作時,，總線上必須有較強的上拉,，上拉開啟時間最大為10μs，這樣處理可以有效地降低功耗,。
6 結(jié) 語
綜上,，在現(xiàn)代溫控系統(tǒng)中，采用無線通信的ZigBee技術(shù)，可以很方便地建立網(wǎng)絡(luò),，選用ZigBee支持的Mesh網(wǎng)絡(luò),，可以最大程度地增加網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，而采用芯片接力傳遞的方式,，可以最大程度地擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,。采用DS18820芯片也可以很好地采集溫度數(shù)據(jù)，完成采集和傳輸任務(wù),。對ZigBee芯片寫入不同的控制程序可以控制加熱器的時間和持續(xù)長度,。