ZigBee项目在教学项目中的应用

摘要：该文介绍了一款基于ZigBee技术的无线传感网络开发的温度传感系统，结合开发过程中部分电路图和详细的阐述系统工作原理，并介绍了系统中用到的MC12311和DS18B20芯片。在软件方面介绍了C#程序和Mysql数据库，最后将项目整理为2周的实训教学项目，让学生理解和掌握物联网知识。

关键词：ZigBee；教学项目；温度传感系统

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）24-5485-02

1 项目简介

高职教学过程中，由于物联网专业的兴起，作为新一代网络的建设，国家投入了很多资源发展物联网产业。在教育层面，在国家的鼓励下，许多高校开设了物联网专业，本科以上则培养开发研究型人才，中高职则侧重于技能方面的培养。但是现行的ZigBee技术书籍理论和应用并不紧密，直接应用于中高职教学带来一定的困难。因此，通过开发具体项目的方法让学生从项目实训中获得相应知识并提高其动手实践能力。

本项目将使用Freescale的ZigBee芯片和温度传感器DS18B20作为硬件平台，采集的环境的温度数据保存至数据库。项目拓展一：上位机程序开发，将数据库中的采集信息实时通过电脑、智能手机平台中图形显示；项目拓展二：调温设备控制，通过环境温度的变化，当温度达到上限时，自动开启空调制冷，当温度达到下限时，自动开启空调取暖。

2 硬件设计

随着无线网络的发展，ZigBee已应用于工业生产、日常生活等各个环节。ZigBee技术已发展比较成熟，作为物联网的核心技术，众多硬件厂商加入ZigBee联盟。

Freescale最新推出一款低功耗、高集成、高性价比的ISM（工艺、科学和医疗）射频芯片— MC12311，这款芯片基于ZigBee技术，内部集成了一个UHF射频收发器和一个超低功耗的8位单片机（MCU） ，RF（射频）收发器工作频率包括315MHz，433MHz，868MHz和915MHz等频段，芯片内部是一个8为的单片机并内置RC振荡电路及丰富的接口，在硬件选型时MC12311应用在物联网应用项目（智能家居系统、安防系统、环境监测、智能农业等）是一个理想的选择。

DS18B20是一款高可用的温度传感器，其外观结构类似于三极管，三个引脚分别为GND，DQ，VDD。根据应用图1可知，GND接地，VDD接外部电源+5V，DQ接4.7K电阻上拉。

根据DS18B20逻辑结构图2可知，其内部带有64位的ROM单元和9字节的暂存器单元，程序可以读取暂存器相应字节获得16位的温度值，然后依据应用要求通过程序将温度数据有数字量换转为摄氏度。

在这个环节中我们只需要让学生了解MC12311射频芯片和温度传感器DS18B20的基本原理，理解项目的硬件详细设计，掌握如何获取温度值并将数据显示在数码管中即可。

3 软件设计

软件设计是设计一个采集系统，将数据保存在数据库中。计算机利用串口与硬件系统控制器相连，通过软件平台将采集的数据保存在数据库中，这样作为上层软件开发系统可以进行拓展项目。

根据学生在前期学习内容，软件平台使用C#进行开发，C#对串口编程和对数据库的操作比较方便，学生有这方面的开发基础，软件后期开发扩展性强。数据库采用Mysql，因为系统采集数据，在数据库中只需要记录时间、采集点、采集数据等信息，数据量较小，数据结构相对比较简单，所以采用轻量级数据库Mysql。

对于学生的拓展项目，可以使用C#程序设计软件将数据库中的数据通过图像实时展示，这样可以通过Android，Mac OS，Windows等系统平台实时显示。

4 教学资料开发

当温度传感系统项目开发完成后，将项目整理为ZigBee项目实训，项目开发过程的资料做为实验指导书，对学生进行为期两周的实训。

学生通过两周的实训项目的开发，深入理解物联网基础知识，还可以将所学习的知识转化为其基本技能，实训项目还设置了拓展项目，对已掌握基础知识的同学，在已开发的项目进行深入开发。学生通过项目实训，可以根据实际项目的需求选取合适的硬件和相应的开发软件，开发相应的物联网应用系统。

5 总结

本项目通过一个实际的温度传感系统项目开发，采用MC12311芯片组建了一个ZigBee网络，引入了温度传感器DS18B20，设计了硬件系统和软件系统，完成了环境感知系统项目开发。

在项目开发过程中对项目开发软、硬件资料的整理为项目化教学资料，对高职物联网相关专业学生进行为期2周的项目开发实训。

参考文献：

[1] 瞿雪，刘盛德，胡咸斌. ZigBee技术及应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.9.

[2] 邓磊，王子敬，范玲俐. 基于ZigBee无线网络的温度采集系统设计[J]. 电子元器件应用 2010（2）：39-41.