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類型分類:
科普知識
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溫濕度傳感器

基于Zigbee技術的傳感與節點電源模塊電路設計

發布日期:2022-04-17 點擊率:153

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標簽:ZigBee(512)控制電路(289)傳感器(2712)

  Zigbee技術作為無線傳感器網絡(WSN)的核心技術之一它具有如下特點:1) 設備能耗低,電池供電,適用于常規供電方式不可用的野外、田間。2) 通信可靠,網絡自組織、自愈合,無需人工干預。各通信節點之間根據確定的路由規則自動找尋、加入網絡。當節點脫離、故障、移動時,網絡能夠自我修復并形成新的拓補結構。3) 成本低廉,設備的復雜度低且網絡容量大。Zigbee協議是免費的,TI等公司也已經推出了相關免費協議棧,且其工作在2.4Ghz全球免執照頻段,這使其產品化成本極低。4)數據安全。Zigbee支持數據完整性和鑒權工程、AES-128加密算法。新版本的Zigbee Pro支持更高級的安全算法,并能根據應用場景不同靈活配置。

  系統工作原理如下:終端傳感節點采集數據后向路由節點發送數據包,路由節點匯總各節點數據包后向協調器節點轉發。協調器節點接到數據包后繼續向上轉發至串口轉網口設備。串轉網設備將接到的串口數據包重新打包成RJ45數據包經無線路由器轉發至現場監控PC。與此同時分布在溫室中的無線IP攝像頭也將數據通過路由器傳至現場監控PC。手持嵌入式網關同時也可以直接接入路由器實時顯示環境數據。現場監控PC安裝有服務系統,作為Server服務器,遠程PC直接通過瀏覽器和IP地址訪問即可實現遠程測控。上述主要是傳感數據的上行鏈路,下行鏈路類似,由上位機發出控制指令,依次經路由器、串轉網設備、協調器最終轉發至對應控制節點執行控制指令。

  傳感控制模塊設計

  傳感和控制模塊是系統實現測控的根本。空氣溫濕度傳感器采用瑞士Sensirion推出的SHT11數字溫濕度傳感器,IIC接口,濕度值輸出分辨率為 14位,溫度值輸出分辨率為12位,并可編程為12位和8位。電源電壓范圍為2.4~5.5 V。電流消耗:測量時為550μA,平均為28μA,休眠時為3μA[4, 5]。光照傳感器采用光敏探頭BPW34S[6],光敏探頭經運放處理后到AD輸入。傳感控制模塊中均采用NXP公司IIC總線控制GPIO擴展芯片 PCA9554提供8位并行I/O口。處理器通過IIC直接讀取SHT11溫濕度數據,通過AD間接讀取光照數據。傳感模塊原理圖如圖3。

  基于Zigbee技術的溫室遠程監控系統電路設計

  控制模塊主要采用繼電器和DA模擬電壓輸出。繼電器模塊原理圖如圖。上位機下達控制指令后,PCA9554驅動相關I/O口使三極管導通或斷開驅動繼電器閉合或斷開。

  基于Zigbee技術的溫室遠程監控系統電路設計

  DA程控模擬電壓輸出模塊采用TI公司DA芯片DAC5573和緩沖放大運放使用TLV2372。DAC5573最大輸出電壓為3.0V,經運放TLV2372放大3.3倍后輸出約為10V。電壓輸出模塊原理圖如圖。

  基于Zigbee技術的溫室遠程監控系統電路設計

  節點電源模塊設計

  節點電源模塊設計采用的是TI公司TPS63001DRC(3.3V)和TPS63002DRC(5.0V)兩款DC/DC電源轉換芯片為系統提供穩定的 3.3V和5.0V電壓。系統設計成兩節干電池或USB供電方式,預留鋰電池接口。供電電源之間可無縫切換。電源模塊原理圖如圖。

  基于Zigbee技術的溫室遠程監控系統電路設計

  該系統將當前熱門物聯網核心技術之一的Zigbee技術應用于溫室監控系統中,實現了溫室基本環境因子的采集與控制,并實現了監控的遠程可視化操作,可靠性高、抗干擾能力強。設計解決傳統溫室中線纜縱橫交錯,布置不便且維護成本高的難題,具有很高的實用意義與推廣價值。

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