本系統(tǒng)中現(xiàn)場終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點的數(shù)據(jù)顯示均選擇的是ZLE12864A液晶顯示模塊，通過液晶顯示模塊實現(xiàn)日期、時間、溫度值、濕度值、光照強(qiáng)度值、氣壓值的實時顯示。本設(shè)計中顯示模塊采用3.3 V電源供電，其與主控芯片采用串行通信方式，液晶電路控制芯片為ST7565P。顯示模塊引腳連接為SCLK→CC2530（P1.5）、MOSI→CC2530（P1.6）、Pin12→CC2530（P1.2）、Pin13→RST和Pin14→CC2530（P0.0）。

2.4電源模塊

電源模塊是保證系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。由于系統(tǒng)各個電路需3.3V供電，而各個節(jié)點使用5 V干電池供電，利用LM117穩(wěn)壓芯片將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V，電源模塊電路圖如圖4所示。

3系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

3.1ZigBee路由算法

本設(shè)計應(yīng)用了改進(jìn)的Cluster Tree路由算法，傳統(tǒng)的Cluster Tree算法不需要存儲路由表，算法簡單，但是僅依靠節(jié)點間存在的父子關(guān)聯(lián)來轉(zhuǎn)發(fā)分組，使平均時延、跳數(shù)都增加［7］。在傳統(tǒng)算法基礎(chǔ)上引入鄰居表，通過計算當(dāng)前節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點間的跳數(shù)并鄰居節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的跳數(shù)進(jìn)行對比，在把數(shù)據(jù)傳遞到鄰居節(jié)點和直接沿目標(biāo)節(jié)點傳送兩條路徑中選取更優(yōu)的，算法具體流程如圖5所示（Ds為源節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)深度，Dd為目標(biāo)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)深度）。數(shù)據(jù)傳輸過程中，重復(fù)使用改進(jìn)算法進(jìn)行計算，直到到達(dá)目標(biāo)節(jié)點。改進(jìn)的Cluster Tree算法引入了鄰居表結(jié)合計算節(jié)點之間跳數(shù)的機(jī)制，在節(jié)點發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包前對兩類節(jié)點的跳數(shù)計算對比，來尋找一條跳數(shù)小的傳送路徑。改進(jìn)算法有效地降低了能耗，并且提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

3.2節(jié)點軟件實現(xiàn)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)組建樹狀網(wǎng)絡(luò)，接收、處理和發(fā)送所有信息以及指令。網(wǎng)關(guān)節(jié)點啟動，并對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后掃描一個合適的信道并組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)［8］。組網(wǎng)成功后，開始接收節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)并傳送給Yeelink平臺，再向節(jié)點發(fā)送指令。

傳感節(jié)點負(fù)責(zé)電站現(xiàn)場溫濕度、光強(qiáng)和氣壓信息的采集和傳輸。節(jié)點上電啟動并初始化后，掃描網(wǎng)絡(luò)信道，并請求加入掃描到的無線網(wǎng)絡(luò)。成功入網(wǎng)后，開始信息采集和發(fā)送。采集節(jié)點設(shè)定為周期工作模式，如果無需采集數(shù)據(jù)，則進(jìn)入休眠狀態(tài)，以降低能耗。

3.3Yeelink平臺對接

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺逐漸被用來儲存和管理傳感器數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)通過電腦、手機(jī)APP實時地顯示給用戶。Yeelink是國內(nèi)使用比較廣泛的一個平臺，本設(shè)計運用Yeeink平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和儲存以及環(huán)境的控制，利用Yeelink平臺提供的Yeelink串口工具和網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)COM2口實現(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)平臺通信。

4測試及結(jié)果分析

系統(tǒng)搭建完成后，進(jìn)行系統(tǒng)試驗，主要測試內(nèi)容為系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度、網(wǎng)關(guān)節(jié)點的收包率，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。為了保證試驗順利進(jìn)行，試驗是針對實驗室環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測；測試對象為室內(nèi)空氣的溫濕度、光照強(qiáng)度和氣壓；在室內(nèi)放置3個傳感節(jié)點。試驗從2015年3月11日開始，由于實驗環(huán)境的限制，采用加濕器、模擬光源和空調(diào)來調(diào)節(jié)溫濕度和光強(qiáng)。

以溫度為例進(jìn)行測試與分析，傳感節(jié)點采用了SHT11溫濕度傳感器（精度±0.4℃，±3.0%相對濕度），比對試驗采用川儀的便攜式溫濕度計（精度±0.1℃，±0.1%相對濕度），從圖6中的溫度對比結(jié)果看，系統(tǒng)采集的溫度參數(shù)對比溫濕度計數(shù)值相差較小，溫度誤差保持在±0.5℃內(nèi)，可以滿足光伏電站使用。

圖6溫度對比試驗曲線圖通過對比測試可知，系統(tǒng)的溫度誤差保持在±0.5℃內(nèi)，濕度誤差保持在±1.8%內(nèi)。氣壓對比試驗采用370數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)氣壓計，氣壓差保持在±1.4 hPa左右。當(dāng)節(jié)點間距離在80 m以內(nèi)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)收包率在75%以上，當(dāng)距離超過80 m，收包率大幅下降，因此在布網(wǎng)時，為了保證數(shù)據(jù)的傳輸可靠性，節(jié)點間距離最多不超過80 m。通過連續(xù)試驗，系統(tǒng)可及時反映采集的環(huán)境參數(shù)信息，并且可通過監(jiān)測終端遠(yuǎn)程登錄Yeelink平臺查看環(huán)境信息。

5結(jié)束語

為了實時監(jiān)測光伏電站的環(huán)境信息，設(shè)計了基于ZigBee的環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)以CC2530為控制核心設(shè)計了各個節(jié)點硬件電路和軟件程序。同時，采用改進(jìn)的Cluster Tree算法節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源，降低了能耗，最終搭建了一個組網(wǎng)靈活、安裝方便、功耗低的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了光伏電站的溫濕度、光照度和氣壓參數(shù)的實時監(jiān)測。經(jīng)過測試，采集數(shù)據(jù)可靠性高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可將天氣或其他數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)，具有一定的實際推廣價值。