1、引言

　　藥廠環境條件中的溫度和濕度指標是其重要參數, 研制可靠且實用的溫濕度監測系統顯得非常重要。通常, 采用有線網絡實現溫濕度監測,具有布線麻煩、設備隨意移動性不強等缺點。隨著射頻技術、集成電路技術的發展, 無線通信功能的實現越來越容易, 數據傳輸速率也越來越快, 并且逐漸達到可以與有線網絡相媲美的水平。無線傳感器網絡（wireless sensor network，WSN）是計算機、通信和傳感器3項技術相結合的產物，近年來得到了飛速發展，已成為計算機科學領域一個活躍的研究分支[1]。而Zigbee是部署無線傳感器網絡的新技術, 已于2004年底推出。ZigBee技術是一種應用于短距離范圍內，低傳輸數據速率下的各種電子設備之間的無線通信技術。ZigBee名字來源于蜂群使用的賴以生存和發展的通信方式，蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來通知發現的新食物源的位置、距離和方向等信息，以此作為新一代無線通訊技術的名稱。ZigBee過去又稱為“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”無線電技術，目前統一稱為ZigBee技術。ZigBee技術則致力于提供一種廉價的固定、便攜或者移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線通信技術。這種無線通信技術具有如下特點：決定它將是無線傳感器網絡的最好選擇。1)功耗低；2）數據傳輸可靠；3）網絡容量大；4）兼容性；5）安全性；6）實現成本低；7）自動動態組網、自主路由。

　　本文以Zigbee技術開發了一套符合GMP藥廠要求的環境溫度/濕度監測系統，該系統符合美國食品與藥物管理局FDA Part 11標準。系統能對大面積的多點的溫度/濕度進行監測，并將數據傳輸到PC機上進行數據存儲與分析，并輸出打印曲線，在設備異常情況下還以多種形式的報警通知相應人員。同時系統具有強大的分級管理功能，為不同階層的用戶管理提供了一個多級的管理、監控平臺。

2、系統設計

2.1 ZigBee協議框架及其網絡拓撲結構

　　ZigBee協議是一種低成本、低功耗、低速率嵌入式設備互相間及與外界網絡通信的組網解決方案，它是ZigBee聯盟基于IEEE 802.15.4技術標準物理層和媒體訪問控制層(MAC層)協議對網絡層協議和API進行標準化而制定的無線局域網組網、安全和應用軟件方面的技術標準。ZigBee協議棧結構如圖1所示。

圖1 ZigBee協議框架

　　在標準規范的制訂方面，主要是IEEE 802.15.4小組與ZigBee Alliance兩個組織，兩者分別制訂硬件與軟件標準。在IEEE 802.15.4方面，2000年12月IEEE成立了802.15.4小組，負責制訂MAC與PHY（物理層）規范，在2003年5月通過802.15.4標準； ZigBee建立在802.15.4標準之上，它確定了可以在不同制造商之間共享的應用綱要。802.15.4僅僅定義了實體層和介質訪問層，并不足以保證不同的設備之間可以對話，于是便有了ZigBee聯盟。

　　在網絡層方面，ZigBee聯盟制訂可以采用星形和網狀拓撲，也允許兩者的組合，稱為叢集樹狀。根據節點的不同角色，可分為全功能設備（Full-Function Device；FFD）與精簡功能設備（Reduced-Function Device；RFD）。相較于FFD，RFD的電路較為簡單且存儲體容量較小。FFD的節點具備控制器（Controller）的功能，能夠提供數據交換，而RFD則只能傳送數據給FFD或從FFD接收數據。
　　
　　ZigBee協議套件緊湊且簡單，具體實現的硬件需求很低，8位微處理器80c51即可滿足要求，全功能協議軟件需要32K字節的ROM，最小功能協議軟件需求大約4K字節的ROM。

圖2 ZigBee無線網絡的拓撲結構

2.2 系統整體結構

　　系統整體結構按照叢集樹狀拓撲結構來組織，如下圖3所示，由若干FFD、RFD，一個網關節點以及監控終端組成。

圖3 系統整體結構示意圖