Zigbee+Arduino无线温度测量装置设计

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。

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模块

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。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 温度测量硬件部分

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，具体代码如图3所示。

图3  温度测量部分代码

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4所示。

图4 时钟和显示部分原理图

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，具体代码如图5所示。

图5 时钟和显示部分代码

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，时钟校准代码如图6所示。

图6 时钟校准代码

五、结果展示

实物演示图如图7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7 实物演示

本方案利用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。