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溫度是我們生活中接觸的較多的物理量之一，例如氣溫、人體溫度，但很多時(shí)候卻不能實(shí)地測(cè)量，例如在室內(nèi)想實(shí)時(shí)知道室外的氣溫，這時(shí)候就需要使用無(wú)線傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)了。Arduino控制器外圍實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線傳輸功能的主要有XBee模塊和Zigduino控制器，XBee模塊是串口操作，使用Arduino控制器與XBee模塊即可實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線傳輸，但是XBee模塊價(jià)格較高，而且需要轉(zhuǎn)接板或連接線，不利于集成化；Zigduino是帶有ZigBee無(wú)線傳輸功能的Arduino兼容控制器，具有集成化程度高、體積小、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。從性價(jià)比的角度出發(fā)，本文最終采用Zigduino控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的ZigBee無(wú)線傳輸。

本文利用Zigduino內(nèi)部集成的無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，溫度測(cè)量部分采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，時(shí)鐘和顯示部分使用DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和LCD1602液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和溫度的顯示功能。

一、Zigduino IDE的設(shè)置

Zigduino是一款兼容Arduino的開源硬件控制器，不僅與Arduino控制器保持兼容，而且內(nèi)部集成了802.15.4協(xié)議無(wú)線模塊，支持任何基于802.15.4協(xié)議的無(wú)線模塊，包括ZigBee，MAC/6LoWPAN和 RF4CE。雖然Zigduino的核心單片機(jī)Atmega128RFA1的工作電壓為3.3V，但是Zigduino控制器的引腳兼容5V，并且可以與Arduino擴(kuò)展板保持兼容。除此之外，Zigduino控制器還內(nèi)置了鋰電管理模塊，并且具有128KB FLASH和16KB SRAM，可以滿足較復(fù)雜的應(yīng)用需求。Zigduino實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 Zigduino實(shí)物圖

Zigduino的開發(fā)環(huán)境是基于Aduino的開發(fā)環(huán)境開發(fā)而來(lái)，可以使用Ziduino完整版或Arduino IDE擴(kuò)展包來(lái)實(shí)現(xiàn)Zigduino的開發(fā)。IDE完整版下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=387242&uk=3643299，IDE擴(kuò)展包下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=419678&uk=3643299

完整版的使用方法：直接解壓縮后運(yùn)行arduino.exe，在板卡里選擇OCROBOT HoneyBee即可正常使用。

擴(kuò)展包的使用方法：將擴(kuò)展包內(nèi)2個(gè)文件夾復(fù)制到原IDE的根目錄下，替換掉提示重復(fù)的文件后，再次運(yùn)行arduino.exe即可正常使用。

二、溫度測(cè)量部分

溫度測(cè)量部分采用Zigduino控制器和溫度傳感器DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)，將DS18B20的VDD和GND分別接至Zigduino 控制器的5V和GND，數(shù)據(jù)引腳DQ接至Zigduino控制器的數(shù)字端口D2，并且在數(shù)據(jù)引腳DQ與+5V之間連接阻值為4.7kΩ的上拉電阻，以保證溫度傳感器DS18B20能夠正常工作，Zigduino控制器與DS18B20的連接示意圖如圖2所示。

圖2 溫度測(cè)量部分硬件連接圖

溫度測(cè)量部分采用Zigduino控制器與DS18B20來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，即可使用第三方函數(shù)庫(kù)DallasTemperature來(lái)實(shí)現(xiàn)，只是將帶有兩位小數(shù)的溫度數(shù)據(jù)先放大100倍，以去除小數(shù)點(diǎn)，再提取出溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分，具體代碼如下所示。

#include //加載無(wú)線庫(kù)

#include //加載單總線總線庫(kù)

#include //加載單總線溫度傳感器庫(kù)

#define ONE_WIRE_BUS 2 //定義單總線所連接的引腳

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

DallasTemperature sensors(&oneWire);

char i,j; //定義變量，用于存放溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)和小數(shù)部分

int a; //定義變量，用于存放溫度數(shù)據(jù)

void setup()

{

ZigduinoRadio.begin(11);//設(shè)置通道為11，可設(shè)置為11-26

sensors.begin(); //初始化傳感器

}

void loop(){

sensors.requestTemperatures(); // 從DS18B20傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)

a=sensors.getTempCByIndex(0)*100; //將溫度數(shù)據(jù)放大100倍，以去除小數(shù)點(diǎn)

i=a/100; //取出溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分

j=a0; //取出溫度數(shù)據(jù)的小數(shù)部分

ZigduinoRadio.beginTransmission();//無(wú)線開始通信標(biāo)志

ZigduinoRadio.write(i);//無(wú)線發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分

ZigduinoRadio.write(j);//無(wú)線發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的小數(shù)部分

ZigduinoRadio.endTransmission();//無(wú)線結(jié)束通信標(biāo)志

delay(1000); //更新速率為1次/秒

}

三、時(shí)鐘和顯示部分

時(shí)鐘和顯示部分采用Zigduino控制器和DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、LCD1602液晶顯示屏模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，將DS3231的5V和GND分別接至Zigduino 控制器的5V和GND，信號(hào)引腳SCL、SDA分別接至Zigduino控制器的端口SCL、SDA；將LCD1602液晶顯示屏模塊的VCC、GND、R/W分別接至Zigduino 控制器的5V、GND和GND，對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳VEE通過(guò)10kΩ的電位器來(lái)調(diào)節(jié)分壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)比度的調(diào)節(jié)，信號(hào)控制引腳RS、E分別直接至Zigduino 控制器數(shù)字端口D7和D6，數(shù)據(jù)輸入引腳D4、D5、D6、D7分別接至Zigduino 控制器數(shù)字端口D5、D4、D3、D2。具體的連接示意圖如圖3所示。

圖3 時(shí)鐘和顯示部分硬件連接圖(點(diǎn)擊查看大圖)

#include //加載液晶顯示庫(kù)

#include //加載I2C總線庫(kù)

#include //加載無(wú)線庫(kù)

#include "DS3231.h" //加載DS3231時(shí)鐘庫(kù)

DS3231 RTC; //創(chuàng)建時(shí)鐘類

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //依次為液晶RS、E、D4、D5、D6、D7所連接的引腳

char i,j;

void setup()

{

ZigduinoRadio.begin(11); //設(shè)置通道為11，可設(shè)置為11-26

lcd.begin(16, 2); //初始化1602液晶顯示屏

Wire.begin(); //初始化I2C總線

RTC.begin(); //啟動(dòng)DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

lcd.clear(); //清除液晶顯示屏上的內(nèi)容

}

void loop()

{

lcd.setCursor(0, 0);

DateTime now = RTC.now(); //獲取當(dāng)前時(shí)間

lcd.print(now.year(), DEC); //顯示年份

lcd.print('/');

lcd.print(now.month(), DEC); //顯示月份

lcd.print('/');

lcd.print(now.date(), DEC); //顯示日期

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(now.hour(), DEC); //顯示小時(shí)

lcd.print(':');

if(now.minute()>9){ //判斷是否分鐘的十位部分是否為零，若十位部分為零，則在十位處顯示0,，例如為5分鐘，則顯示為05。下同。

lcd.print(now.minute(), DEC); //顯示分鐘

}

else{

lcd.print("0");

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

}

lcd.print(':');

if(now.second()>9){

lcd.print(now.second(), DEC); //顯示秒鐘

}

else{

lcd.print("0");

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

}

lcd.print(" ");

if (ZigduinoRadio.available())//判斷無(wú)線是否接受到數(shù)據(jù)

{

i=(char)ZigduinoRadio.read();//將接收到的數(shù)據(jù)賦給變量i，因?yàn)槲覀冊(cè)诎l(fā)射端發(fā)送的數(shù)據(jù)為char型變量，故要接收char型可以直接在接收變量前面加(char)，這樣既可使接收到的數(shù)據(jù)變?yōu)閏har型。

j=(char)ZigduinoRadio.read();

}

lcd.print(i,DEC); //顯示溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分

lcd.print(".");

if(j>9){

lcd.print(j,DEC); //顯示溫度數(shù)據(jù)的小數(shù)部分

}

else{

lcd.print("0");

lcd.print(j,DEC);

}

lcd.write(0xdf); //顯示攝氏溫度單位℃

lcd.write('C');

}

四、時(shí)鐘校準(zhǔn)部分

或許當(dāng)你完成以上的工作之后，卻發(fā)現(xiàn)時(shí)間不正確，這是因?yàn)闀r(shí)鐘芯片或模塊在出廠之后沒(méi)有能夠保證一直供電，或者其他原因的影響，導(dǎo)致時(shí)鐘模塊的時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間有所差值，這時(shí)候就需要對(duì)時(shí)鐘模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。在時(shí)鐘校準(zhǔn)代碼中將時(shí)間改為當(dāng)前時(shí)間，最好略微超前30秒左右，因?yàn)榫幾g和下載需要浪費(fèi)一會(huì)兒時(shí)間，然后將校準(zhǔn)代碼下載至連接有DS3231實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的Zigduino或Arduino 控制器，時(shí)鐘校準(zhǔn)代碼如下所示。

#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); //需要校準(zhǔn)的時(shí)間，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(); //獲取時(shí)間

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、實(shí)驗(yàn)演示

實(shí)物演示圖如圖4所示，上方為時(shí)鐘和顯示部分，下方為溫度測(cè)量部分。為了更好的證明兩者是通過(guò)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，溫度測(cè)量部分采用外接電源端口供電，時(shí)鐘和顯示部分采用USB端口供電。

圖4 實(shí)物演示圖

基于ZigBee與Arduino的無(wú)線溫度測(cè)量裝置

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