基于ZigBee与Arduino的无线测温装置
本帖最后由 nust_奔跑 于 2013-12-19 19:56 编辑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、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16KBSRAM，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?uk=3643299&shareid=387242，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OCROBOTHoneyBee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 <ZigduinoRadio.h> //加载无线库
#include <OneWire.h> //加载单总线总线库
#include <DallasTemperature.h> //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=a%100; //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 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。
/***** 包含库文件*******/
#include <LiquidCrystal.h>//加载液晶显示库
#include <Wire.h> //加载I2C总线库
#include <ZigduinoRadio.h> //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 <Wire.h>
#include "DS3231.h"
DS3231 RTC; //Create the DS3231 object
char weekDay[] = {"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);
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
我的博客地址：更多Arduino与LabVIEW、Proteus方向的文章。 特别说明一下，HoneyBee管脚仅支持到3.3V电压，切勿接入5V电平 大神 我的 APC220有通信库吗？？？ 学慧放弃 发表于 2013-12-17 17:37 static/image/common/back.gif
大神 我的 APC220有通信库吗？？？
APC220直接串口发送/接收数据就可以了。 哎呀！！！刚刚查了下，Zigduino，淘宝上买600多，板子还400多呢！！！
玩不起啊！！树莓派2也不过200多啊！！！wr703n也就100左右啊！！
太贵
潇洒哥 发表于 2013-12-17 19:20 static/image/common/back.gif
哎呀！！！刚刚查了下，Zigduino，淘宝上买600多，板子还400多呢！！！
玩不起啊！！树莓派2也不过200多 ...
OCRBOT出品的Honeybee是Zigduino兼容控制器才168块，值得拥有啊!
http://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1.w1011-404929851.18.a8LEKS&id=20740127998 这个不错。。。果断加精。。。 =。= 写得好详细啊 弘毅 发表于 2013-12-17 21:56 static/image/common/back.gif
这个不错。。。果断加精。。。
感谢弘毅大大！ 水乐天 发表于 2013-12-18 01:51 static/image/common/back.gif
=。= 写得好详细啊
快来山寨一个吧~
代码都放出来了~~~ 这东西能刷openwrt或者ddwrt吗？不过好像没有网口啊！！ 潇洒哥 发表于 2013-12-19 10:57 static/image/common/back.gif
这东西能刷openwrt或者ddwrt吗？不过好像没有网口啊！！
。。。。。。wrt需要arm级别的路由器运算速度，那个已经是上操作系统了 wrt需要arm级别的路由器运算速度，那个已经是上操作系统了
奥，哪天arduino能集成一个类似wr703n路由似得wifi功能就好了，这样坐小车就不用再拖着一个路由器了！！！ 潇洒哥 发表于 2013-12-19 10:57 static/image/common/back.gif
这东西能刷openwrt或者ddwrt吗？不过好像没有网口啊！！
亲~~~这是ZigBee无线网~很火的那个哦~~~
无线传感网络~~~
你说的那是wifi吧？ 弘毅 发表于 2013-12-19 11:45 static/image/common/back.gif
。。。。。。wrt需要arm级别的路由器运算速度，那个已经是上操作系统了
弘毅，你的头像和你真人好像啊~~~~
哈哈哈~
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