一种用于环境远程监测的zigbee-wifi网关研制

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1、一种用于环境远程监测的ZigBee-WiFi网关研制摘要：信息技术与环境监测的结合极大促进了环境监控技术的发展，而现代环境监测也对数据采集、无线传输和远程应用提出了更高的要求。ZigBee以其低功耗、自组网被广泛用于监测系统中，为了将其与高传输速率、易于远程应用的WiFi网络集成，本文设计并实现了一种基于STM32W108及AX22001芯片的ZigBee-WiFi无线网关，该网关能够完成ZigBee与WiFi之间的协议转换，实现两种不同网络间的数据互联，拓展了环境监测设备的感知、监控范围。经测试该无线网关达到设计要求且运行稳定可靠。关键词：环境监测；ZigBee

2、；WiFi；无线网关中图分类号：X83文献标识码：A引百随着环保意识的日益加强，对于环境的监测要求越来越高，不仅监测的参数越来越多，而且监测范围越来越细，手段也更加灵活。因此，用信息技术来提升环境监测设备不仅可能而且必要。早期环境监测设备中的监控数据多采用有线传输或者人工抄表，因其布线繁冗，成本高，位置固定，灵活度低而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是环境监测设备的重要发展趋势。一种用于环境远程监测的ZigBee-WiFi网关研制摘要：信息技术与环境监测的结合极大促进了环境监控技术的发展，而现代环境监测也对数据采集、无线传输和远程应用提出了更高的要求。

3、ZigBee以其低功耗、自组网被广泛用于监测系统中，为了将其与高传输速率、易于远程应用的WiFi网络集成，本文设计并实现了一种基于STM32W108及AX22001芯片的ZigBee-WiFi无线网关，该网关能够完成ZigBee与WiFi之间的协议转换，实现两种不同网络间的数据互联，拓展了环境监测设备的感知、监控范围。经测试该无线网关达到设计要求且运行稳定可靠。关键词：环境监测；ZigBee；WiFi；无线网关中图分类号：X83文献标识码：A引百随着环保意识的日益加强，对于环境的监测要求越来越高，不仅监测的参数越来越多，而且监测范围越来越细，手段也更加灵活。因此，

4、用信息技术来提升环境监测设备不仅可能而且必要。早期环境监测设备中的监控数据多采用有线传输或者人工抄表，因其布线繁冗，成本高，位置固定，灵活度低而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是环境监测设备的重要发展趋势。ZigBee是目前应用最为广泛的近场无线通信技术之一，具有自组织、低成本、低功耗、高可靠性和短时延的特点，是需要较多传感控制节点应用的首选。ZigBee工作在2.4GHzISM频段，最多可容纳65536个节点，节点不仅能进行数据采集，还能以多跳的方式承担网内节点的数据转发。但ZigBee单跳通信距离较短，数据传输速率最高仅为250kb/s@2.4GH

5、z且不能直接与Internet互联［1］。为了拓展通信距离和实现远程应用，文献【2】直接给出了基于WiFi的监控方案，但是WiFi节点功耗相对较高，组网方式限制了其覆盖范围。文献【3】采用ZigBee和以太网相结合的方式实现数据采集与远程应用，具体是通过ARM+Linux控制通信模块，如GPRS/CDMA或其他以太网接口来实现的。ARM芯片分别与ZigBee和通信模块相连，通过运行ARM中Linux平台上的代码进行总体控制和协议转换，此类方案虽可实现ZigBee与以太网之间的协议转换，但是网关的功耗大，成本高，协议转换效率低，可靠性与稳定性相对较差。为充分利用Zi

6、gBee和WiFi的优点，实现设施环境监测数据与Internet无缝链接，拓展设施环境监测设备的应用范围。本文给出并实现了一种新的ZigBee-WiFi无线网关，该网关以STM32W108及AX22001为核心芯片，通过固化在芯片中的代码实现ZigBee网络与WiFi网络的协议转换，经测试，该无线网关稳定可靠，功耗低，能够满足设现代环境监测对数据采集、无线传输和数据远程应用的要求。1.网关硬件设计与实现ZigBee-WiFi无线网关位于ZigBee网络和WiFi网络之间，实现两种不同协议的转换。本文设计并实现的网关既是ZigBee网络的协调器，负责构建和配置整个Z

7、igBee无线传感器网络，又是WiFi的无线节点，具有收集分发ZigBee节点数据、协议转换功能。其结构和功能如图1所示：1ZigBee-WiFi网关结构能功能ZigBee部分以STM32W108CBU61为核心芯片，它是集成了符合IEEE802.15.4标准2.4GHz收发器的32位ARMCortex-M3微处理器，固化了EmberZigBee协议栈，支持星型、树状和网状三种ZigBee基本网络结构［6］。网关中ZigBee射频部分在使用片内功率放大器时，无阻挡传输距离约为75M，能够满足布局简单，范围较小的场合。网关中WiFi部分主控核心芯片AX22001是内

8、置802.