基于ZigBee与Arduino的无线温度测量装置

奔跑哥大侠的作品就是牛：

温度是我们生活中接触的较多的物理量之一，例如气温、人体温度，但很多时候却不能实地测量，例如在室内想实时知道室外的气温，这时候就需要使用无线传输来实现了。Arduino控制器外围实现ZigBee无线传输功能的主要有XBee模块和Zigduino控制器，XBee模块是串口操作，使用Arduino控制器与XBee模块即可实现ZigBee无线传输，但是XBee模块价格较高，而且需要转接板或连接线，不利于集成化；Zigduino是带有ZigBee无线传输功能的Arduino兼容控制器，具有集成化程度高、体积小、性价比高的优点。从性价比的角度出发，本文最终采用Zigduino控制器来实现温度数据的ZigBee无线传输。

本文利用Zigduino内部集成的无线模块实现数据的无线传输，温度测量部分采用单总线数字式温度传感器DS18B20实现温度测量，时钟和显示部分使用DS3231实时时钟模块和LCD1602液晶显示模块实现时钟和温度的显示功能。

一、Zigduino IDE的设置

Zigduino是一款兼容Arduino的开源硬件控制器，不仅与Arduino控制器保持兼容，而且内部集成了802.15.4协议无线模块，支持任何基于802.15.4协议的无线模块，包括ZigBee，MAC/6LoWPAN和 RF4CE。虽然Zigduino的核心单片机Atmega128RFA1的工作电压为3.3V，但是Zigduino控制器的引脚兼容5V，并且可以与Arduino扩展板保持兼容。除此之外，Zigduino控制器还内置了锂电管理模块，并且具有128KB FLASH和16KB SRAM，可以满足较复杂的应用需求。Zigduino实物图如图1所示。

图1 Zigduino实物图

Zigduino的开发环境是基于Aduino的开发环境开发而来，可以使用Ziduino完整版或Arduino IDE扩展包来实现Zigduino的开发。IDE完整版下载地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=387242&uk=3643299，IDE扩展包下载地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=419678&uk=3643299

完整版的使用方法：直接解压缩后运行arduino.exe，在板卡里选择OCROBOT HoneyBee即可正常使用。

扩展包的使用方法：将扩展包内2个文件夹复制到原IDE的根目录下，替换掉提示重复的文件后，再次运行arduino.exe即可正常使用。

二、温度测量部分

温度测量部分采用Zigduino控制器和温度传感器DS18B20来实现，将DS18B20的VDD和GND分别接至Zigduino 控制器的5V和GND，数据引脚DQ接至Zigduino控制器的数字端口D2，并且在数据引脚DQ与+5V之间连接阻值为4.7kΩ的上拉电阻，以保证温度传感器DS18B20能够正常工作，Zigduino控制器与DS18B20的连接示意图如图2所示。

图2 温度测量部分硬件连接图

温度测量部分采用Zigduino控制器与DS18B20来实现温度的测量，即可使用第三方函数库DallasTemperature来实现，只是将带有两位小数的温度数据先放大100倍，以去除小数点，再提取出温度数据的整数部分和小数部分，具体代码如下所示。

#include //加载无线库

#include //加载单总线总线库

#include //加载单总线温度传感器库

#define ONE_WIRE_BUS 2 //定义单总线所连接的引脚

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

DallasTemperature sensors(&oneWire);

char i,j; //定义变量，用于存放温度数据的整数和小数部分

int a; //定义变量，用于存放温度数据

void setup()

{

ZigduinoRadio.begin(11);//设置通道为11，可设置为11-26

sensors.begin(); //初始化传感器

}

void loop(){

sensors.requestTemperatures(); // 从DS18B20传感器获取温度数据

a=sensors.getTempCByIndex(0)*100; //将温度数据放大100倍，以去除小数点

i=a/100; //取出温度数据的整数部分

j=a0; //取出温度数据的小数部分

ZigduinoRadio.beginTransmission();//无线开始通信标志

ZigduinoRadio.write(i);//无线发送温度数据的整数部分

ZigduinoRadio.write(j);//无线发送温度数据的小数部分

ZigduinoRadio.endTransmission();//无线结束通信标志

delay(1000); //更新速率为1次/秒

}

三、时钟和显示部分

时钟和显示部分采用Zigduino控制器和DS3231实时时钟模块、LCD1602液晶显示屏模块来实现，将DS3231的5V和GND分别接至Zigduino 控制器的5V和GND，信号引脚SCL、SDA分别接至Zigduino控制器的端口SCL、SDA；将LCD1602液晶显示屏模块的VCC、GND、R/W分别接至Zigduino 控制器的5V、GND和GND，对比度调节引脚VEE通过10kΩ的电位器来调节分压值，从而实现对比度的调节，信号控制引脚RS、E分别直接至Zigduino 控制器数字端口D7和D6，数据输入引脚D4、D5、D6、D7分别接至Zigduino 控制器数字端口D5、D4、D3、D2。具体的连接示意图如图3所示。

图3 时钟和显示部分硬件连接图(点击查看大图)

#include //加载液晶显示库

#include //加载I2C总线库

#include //加载无线库

#include "DS3231.h" //加载DS3231时钟库

DS3231 RTC; //创建时钟类

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //依次为液晶RS、E、D4、D5、D6、D7所连接的引脚

char i,j;

void setup()

{

ZigduinoRadio.begin(11); //设置通道为11，可设置为11-26

lcd.begin(16, 2); //初始化1602液晶显示屏

Wire.begin(); //初始化I2C总线

RTC.begin(); //启动DS3231实时时钟模块

lcd.clear(); //清除液晶显示屏上的内容

}

void loop()

{

lcd.setCursor(0, 0);

DateTime now = RTC.now(); //获取当前时间

lcd.print(now.year(), DEC); //显示年份

lcd.print('/');

lcd.print(now.month(), DEC); //显示月份

lcd.print('/');

lcd.print(now.date(), DEC); //显示日期

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(now.hour(), DEC); //显示小时

lcd.print(':');

if(now.minute()>9){ //判断是否分钟的十位部分是否为零，若十位部分为零，则在十位处显示0,，例如为5分钟，则显示为05。下同。

lcd.print(now.minute(), DEC); //显示分钟

}

else{

lcd.print("0");

lcd.print(now.minute(), DEC);

}

lcd.print(':');

if(now.second()>9){

lcd.print(now.second(), DEC); //显示秒钟

}

else{

lcd.print("0");

lcd.print(now.second(), DEC);

}

lcd.print(" ");

if (ZigduinoRadio.available())//判断无线是否接受到数据

{

i=(char)ZigduinoRadio.read();//将接收到的数据赋给变量i，因为我们在发射端发送的数据为char型变量，故要接收char型可以直接在接收变量前面加(char)，这样既可使接收到的数据变为char型。

j=(char)ZigduinoRadio.read();

}

lcd.print(i,DEC); //显示温度数据的整数部分

lcd.print(".");

if(j>9){

lcd.print(j,DEC); //显示温度数据的小数部分

}

else{

lcd.print("0");

lcd.print(j,DEC);

}

lcd.write(0xdf); //显示摄氏温度单位℃

lcd.write('C');

}

四、时钟校准部分

或许当你完成以上的工作之后，却发现时间不正确，这是因为时钟芯片或模块在出厂之后没有能够保证一直供电，或者其他原因的影响，导致时钟模块的时间与当前时间有所差值，这时候就需要对时钟模块进行校准。在时钟校准代码中将时间改为当前时间，最好略微超前30秒左右，因为编译和下载需要浪费一会儿时间，然后将校准代码下载至连接有DS3231实时时钟模块的Zigduino或Arduino 控制器，时钟校准代码如下所示。

#include

#include "DS3231.h"

DS3231 RTC; //Create the DS3231 object

char weekDay[][4] = {"Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat" };

//year, month, date, hour, min, sec and week-day(starts from 0 and goes to 6)

//writing any non-existent time-data may interfere with normal operation of the RTC.

//Take care of week-day also.

DateTime dt(2011, 11, 10, 15, 18, 0, 5); //需要校准的时间，最好

void setup ()

{

Serial.begin(57600);

Wire.begin();

RTC.begin();

RTC.adjust(dt); //Adjust date-time as defined 'dt' above

}

void loop ()

{

DateTime now = RTC.now(); //获取时间

Serial.print(now.year(), DEC);

Serial.print('/');

Serial.print(now.month(), DEC);

Serial.print('/');

Serial.print(now.date(), DEC);

Serial.print(' ');

Serial.print(now.hour(), DEC);

Serial.print(':');

Serial.print(now.minute(), DEC);

Serial.print(':');

Serial.print(now.second(), DEC);

Serial.println();

Serial.print(weekDay[now.dayOfWeek()]);

Serial.println();

delay(1000);

}

五、实验演示

实物演示图如图4所示，上方为时钟和显示部分，下方为温度测量部分。为了更好的证明两者是通过无线传输数据，温度测量部分采用外接电源端口供电，时钟和显示部分采用USB端口供电。

图4 实物演示图

基于ZigBee与Arduino的无线温度测量装置

相关文章

阅读排行

推荐文章