农村水柜无线监控系统的设计与实现

0 前言

近年来，随着信息化社会的到来，国家对农村的现代化建设越来越重视。在用水方面，经常性的缺水是农村用水方面所面临最大的问题。为了解决农村的缺水问题，提高农村生活的质量，为此对农村水柜无线监控系统的研究是很有意义的。

本文主要研究以ZIGBEE为无线传输核心的多节点水柜无线监控系统，STM32和上位机组成的人机交互系统。期间解决ZIGBEE无线数据的发送与接收问题，ZIGBEE与STM32的串口传输问题，STM32与上位机的串口传输问题。实现上位机、STM32远程控制水柜节点。

1 系统设计

整个系统设计主要由四大功能模块组成：

传感器模块包括温度和压力传感器，温度传感器用于采集水柜液体的温度，压力传感器用于采集水柜水位的状态。

ZIGBEE无线传输模块主要包括ZIGBEE协调器和ZIGBEE节点。协调器负责创建网络、收发节点数据包、串口发送数据至STM32。节点负责采集数据、发送数据、接收协调器命令。

STM32模块作为系统的主控模块，负责显示和控制节点信息，并把数据上传至协调器。

上位机监控中心模块负责处理、显示各个节点的信息。

2 系统硬件设计

系统硬件设计主要由3个部分组成。

2.1 STM32主控模块

采用F103系列的RCT6作为微型处理器，RCT6有256KB的Fash和32KB的RAM。相对于RBT6增加了一个16位普通IC/OC/PWM和2个16位基本IC/OC/PWM，1个STI以及2个USART，符合本次设计需求。

2.2 ZIGBEE无线传输模块

ZIGBEE无线传输技术是一种距离短、速率低的无线网络技术。ZIGBEE模块采用的是CC2530微型处理芯片。CC2530集成了先进的RF收发器，工作频率在2400MHz～2483.6MHz之间，芯片内置中断控制器，为每个中断源提供服务。

2.3 LCD12864液晶显示屏

LCD12864显示模块是汉字图形型液晶显示模块，芯片内置8192个汉字，液晶屏的分辨率为12864，最多可以显示32个1616点阵大小的中文汉字，也可显示图形。提供串行和并行两种连接方式与微型处理器连接。

3 系统软件设计

本系统的软件设计部分主要由3大部分组成。

3.1 ZIGBEE协议栈软件设计

协调器主要工作是创建ZIGBEE网络、接收不同节点发送来的数据包、串口发送数据给STM32以及串口接收STM32的指令并且控制节点。创建ZIGBEE网络前修改好信道号和PANID号，只有节点的信道和PANID与协调器相同时才会加入协调器创建的网络。为了防止协调器掉电重启后PANID自增一的问题，笔者在宏定义中加入了NV_RESTORE=1的预编译选项。协调器还需判断簇ID区分不同节点。终端节点主要是采集传感器的信息封装好后发送给协调器以及接收协调器的控制指令。路由器节点与终端节点基本功能一致，就是多了路由转发的功能，当终端节点连接不到协调器时可以先发数据给路由器，再由路由器转发给协调器。

3.2 STM32软件设计

STM32软件设计包括按键驱动、液晶屏显示驱动、串口数据传输等。在进行串口传输时，数据帧统一采用字符“$”作为帧头，帧头紧接着第二个字符是地址符、数据信息，一直等到回车换行符出现，就表示一个完整的数据帧接收完成。为了保证传输的正确性、稳定性，传输的过程中还会对接收的数据域字符数进行统计判断，出错直接丢弃重新接收。最后把数据显示到液晶屏上。

3.3 上位机软件设计

上位机软件设计使用的是.NET平台下的WINFORM编写出的一个窗体程序，使用户能在电脑直观地观察节点信息，而且可以通过简单的操作就可以控制节点抽水机工作。串口接收STM32的数据时也是根据帧头、帧尾以及地址符判断是哪个节点的信息，将信息进行数据处理分析后动态显示在窗体上。

4 结论

本系统以ZIGBEE作为无线传输模块，利用ZIGBEE的无线通信网络对水柜水位信息、水柜水温信息进行实时传送。系统的实时性强、安全性高，并且可连接的设备极多，用户可根据需要添加其它功能，实用性和扩展性强。以上位机软件作为中心控制部分，降低了系统的操作难度。总体系统设计规范，可靠性高，运行稳定。

[1]王小强. ZigBee无线传感器网络设计与实现[J]. 北京.化学工业出版社, 2012.