cc2530無(wú)線體重儀實(shí)習(xí)報(bào)告.doc

前言1、1無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究背景：伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們充分認(rèn)識(shí)到了科技的力量。對(duì)科學(xué)的探索是永無(wú)止境的，人們?cè)诳茖W(xué)方面的探索已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)前所未有的水平。2003年,美國(guó)技術(shù)評(píng)論雜志論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí),無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）被列為第一;美國(guó)今日防務(wù)雜志更認(rèn)為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的應(yīng)用和發(fā)展將引起一場(chǎng)劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的變革?？梢灶A(yù)測(cè), 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是信息感知和采集的一場(chǎng)革命,是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。作為21世紀(jì)，最具有影響力的改變世界的10大技術(shù)之一的無(wú)線傳感技術(shù)，其發(fā)展的技術(shù)日趨成熟，方向也開(kāi)始多樣化，在科技領(lǐng)域中也變得越來(lái)越重要，使得大量的應(yīng)用方案開(kāi)始采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信。數(shù)字家庭、無(wú)線通信、無(wú)線控制、無(wú)線定位和移動(dòng)連接等詞語(yǔ)也頻頻映入眼簾。有增無(wú)減的相關(guān)信息報(bào)道足以預(yù)測(cè)這些新鮮事物必將具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，它是由大量節(jié)點(diǎn)組成的，是面向任務(wù)的分布式網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信、分布式信息處理等多領(lǐng)域的技術(shù)，通過(guò)各類微型無(wú)線傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集，并且由嵌入式微處理器對(duì)所采集到的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將處理后的信息傳送至遠(yuǎn)程用戶端，然后通過(guò)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行各種應(yīng)用分析。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種將傳感器、控制器、計(jì)算能力、通信能力完美的結(jié)合于一身的嵌入式設(shè)備。它們跟外界的物理環(huán)境交互，實(shí)時(shí)的采集信息，并且將收集到的信息通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般是由一個(gè)低功耗的微控制器(MCU)和若干個(gè)存儲(chǔ)器、無(wú)線電/光通信裝置、傳感器等組件所集成的，通過(guò)傳感器、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、以及通信裝置和它們所處的外界物理環(huán)境進(jìn)行交互。一般說(shuō)來(lái)，獨(dú)立的傳感器功能是非常有限的，但是如果將他們大量地分布到所需要檢測(cè)的物理環(huán)境中，并組成一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，加上性能良好的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，就能夠完成強(qiáng)大的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能。隨著微機(jī)系統(tǒng)和高集成低功耗數(shù)字設(shè)備的發(fā)展，小體積、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)將得以實(shí)現(xiàn)。低功耗無(wú)線傳感模塊，便是組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。這樣的節(jié)點(diǎn)若能配合各種類型的傳感器，可組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開(kāi)創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能建筑、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、智能家裝、工業(yè)自動(dòng)化和大區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。無(wú)線傳感技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定是最為重要的研究之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用的是電池供電，工作環(huán)境也通常是比較惡劣的，而且數(shù)量大、分布區(qū)域廣，更換非常困難，所以低功耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。因此，它迫切的需要對(duì)傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行更新和改進(jìn)，需要精心設(shè)計(jì)其軟硬件系統(tǒng)，以使其更加的可靠耐用。1、2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀：在多入多出(MIMO)和正交頻分復(fù)用(OFDM)等基礎(chǔ)技術(shù)支持下，無(wú)線通信技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了與任何人或任何設(shè)備隨時(shí)隨地的進(jìn)行相互聯(lián)系相互通信。藍(lán)牙、WIMAX、Wi-Fi、無(wú)線局域網(wǎng)和超寬帶等無(wú)線通信技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。無(wú)線技術(shù)作為一門(mén)蓬勃發(fā)展的新興科學(xué)技術(shù)，隨著它所需要的幾種重要的基礎(chǔ)技術(shù)的不斷推廣和充分的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)際檢測(cè)，它的發(fā)展速度也將得到很大的提升。無(wú)線傳感模塊是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，它是組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。是屬于無(wú)線技術(shù)中較為底層的一個(gè)分支，最早的代表性論述是出現(xiàn)在二十世紀(jì)九十年代末的，是一篇題為“傳感器走向無(wú)線時(shí)代”的文章。傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：一般傳感器、智能傳感器、無(wú)線傳感器。一般傳感器，是最早產(chǎn)生的傳感器，能實(shí)現(xiàn)的只是數(shù)據(jù)的采集；智能傳感器，則是在一般傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使傳感器具有計(jì)算處理能力，這樣傳感模塊不但能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)等信息的實(shí)時(shí)采集，還能對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一定程度的計(jì)算和處理，便于進(jìn)行監(jiān)控；無(wú)線傳感器，則是在智能傳感器的基礎(chǔ)上集成無(wú)線功能的模塊，使得傳感器不再是單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集模塊，而是使之成為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)信息交換和控制的有機(jī)整體。由于越來(lái)越多的實(shí)際應(yīng)用方案中開(kāi)始采用無(wú)線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信，無(wú)線傳感器綜合了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)等的無(wú)線傳感基礎(chǔ)科技,成為了當(dāng)前最熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域。而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障就是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感模塊時(shí)，傳感網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)已經(jīng)是被認(rèn)定了的最為重要的研究之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域中有許多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)相繼出現(xiàn)。其中比較典型的節(jié)點(diǎn)有Telos 、Mica 系列、Imote2 和IRIS等。這些平臺(tái)主要是采用了不同的處理器和無(wú)線通信模塊。Telos 、Mica系列的一些節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的時(shí)間較早，其性能已經(jīng)落后于當(dāng)前的一些工業(yè)設(shè)計(jì)中集成電路的水平。但是Imote2 節(jié)點(diǎn)，它具有高性能，但是功耗比較大，不能適用于能量要求嚴(yán)格的應(yīng)用環(huán)境，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常采用的是電池供電，工作環(huán)境比較惡劣，而且節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，電池更換非常困難，因此低功耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。后來(lái)的研究成果中，如MIT所研發(fā)的模塊化平臺(tái)對(duì)于不同的傳感器有不同的硬件設(shè)計(jì)，為了設(shè)計(jì)一個(gè)通用的系統(tǒng)來(lái)取代單一的硬件系統(tǒng)，他們的傳感器采用垂直連接器來(lái)使不同的處理層整合到一起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。I ntel Mote 的研究項(xiàng)目則注重了包括低系統(tǒng)級(jí)集成、功耗操作和硬件的重新配置三個(gè)方面的要求，希望能夠平衡功耗與性能之間的矛盾，但要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)還需要一定的努力。傳感技術(shù)將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)以及電子技術(shù)的高速發(fā)展，得到不斷的推廣和完善。并且會(huì)有結(jié)構(gòu)新、功能強(qiáng)、耗能低的傳感器更多的用運(yùn)于各種實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，以良好的穩(wěn)定性和高精確度服務(wù)于更加廣泛的領(lǐng)域。1、3無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景：在城市中，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)調(diào)整，大批人口將向城市轉(zhuǎn)移，城市人口將不斷增加；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日趨頻繁，商業(yè)活動(dòng)將更加活躍，汽車(chē)的使用數(shù)量和使用頻率也將大大提升，將會(huì)給城市的交通運(yùn)輸帶來(lái)很大的壓力，“停車(chē)難”的問(wèn)題也將會(huì)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。修建新的停車(chē)場(chǎng)和新的交通設(shè)施雖然能夠解決部分問(wèn)題，但是由于其費(fèi)用高昂而且建設(shè)周期也相對(duì)較長(zhǎng)，還會(huì)受到土地使用和城市規(guī)劃等很多方面的因素的制約。所以，只有在進(jìn)行硬件設(shè)施的建設(shè)當(dāng)中充分的利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，借助國(guó)內(nèi)外交通發(fā)展過(guò)程中所總結(jié)的各種經(jīng)驗(yàn)，并能夠很好的引進(jìn)我國(guó)的城市停車(chē)系統(tǒng)，運(yùn)用軟、硬件相結(jié)合的方式，為城市建設(shè)節(jié)省出一大筆費(fèi)用，同時(shí)也能改進(jìn)停車(chē)能的問(wèn)題。無(wú)線傳感技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括跟蹤治療、移動(dòng)觀察、遠(yuǎn)程醫(yī)療、患者數(shù)據(jù)管理、藥物跟蹤、手機(jī)求救、病人數(shù)據(jù)收集、醫(yī)療垃圾跟蹤和短信溝通等多方面的新應(yīng)用。最近幾年，無(wú)線通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)外醫(yī)療市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用，無(wú)限醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用迅猛增長(zhǎng)。一個(gè)報(bào)告指出，歐洲的無(wú)線醫(yī)療設(shè)備的銷(xiāo)售額將從2003年的9800萬(wàn)美元增加到2008年的4.458億美元，主要原因是醫(yī)護(hù)人員希望改善工作流程，增加生產(chǎn)力和改善病人的滿意程度，還有增加新的應(yīng)用，如電子病歷、臨床療法決定等。通過(guò)建立完善的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，智能建筑可以感知隨處可能發(fā)生的火災(zāi)隱患，及早提供相關(guān)信息；根據(jù)人員分布情況自動(dòng)控制中央空調(diào)，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約；及時(shí)掌握酒店客房?jī)?nèi)客人的出入信息，以便在有突發(fā)事件時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出通知，確?？腿说娜松碡?cái)產(chǎn)安全。在機(jī)場(chǎng)，持有Zigbee終端的乘客們可以隨時(shí)得到導(dǎo)航信息，比如登機(jī)口的位置，航班的變動(dòng)，甚至附近有那些商店等，能夠更好的為乘客們提供方便快捷的機(jī)場(chǎng)服務(wù)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，人們可以通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)不同區(qū)域的溫濕度監(jiān)控；及時(shí)得到機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的信息；結(jié)合RF標(biāo)簽，可以方便的統(tǒng)計(jì)庫(kù)存量，等等。在醫(yī)院，Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時(shí)準(zhǔn)確的收集急診病人的相關(guān)信息和檢查結(jié)果，快速準(zhǔn)確的做出診斷；戴有Zigbee終端的患者可以得到24小時(shí)的體溫、脈搏控制；配有Zigbee終端的擔(dān)架可以遙控電梯門(mén)的開(kāi)關(guān)在醫(yī)院，時(shí)間就是生命，Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生和患者爭(zhēng)取每一分每一秒的時(shí)間。如果沿著街道、高速公路及其他地方分布式的裝有大量的Zigbee終端設(shè)備，就能夠不用擔(dān)心會(huì)迷路，安裝在汽車(chē)?yán)锏脑O(shè)備將會(huì)準(zhǔn)確的告訴我們當(dāng)前所處的位置，正向何處去。雖然全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）也能提供類似的服務(wù)，但是這種新型的Zigbee分布式系統(tǒng)能夠向我們提供更精確，更具體的信息，即使在GPS沒(méi)有覆蓋不到的樓內(nèi)或隧道內(nèi)，仍然能夠繼續(xù)使用該系統(tǒng)。從Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中能夠得到更加精確、更加具體的數(shù)據(jù)信息，如限速、街道是單行線還是雙行線、前面每條街道的交通情況或事故信息等。使用這種系統(tǒng)，也可以跟蹤公共交通情況，可以適時(shí)的趕上下一班車(chē)，而不至于在寒風(fēng)中或烈日下在車(chē)站等車(chē)?；赯igbee技術(shù)的系統(tǒng)還可以開(kāi)發(fā)出許多其他的功能，例如，在不同的街道、不同的時(shí)間段、不同方向上的來(lái)車(chē)，根據(jù)交通流量來(lái)自動(dòng)控制交通紅綠燈的時(shí)常，以及追蹤被盜汽車(chē)或超速汽車(chē)等應(yīng)用。為了推動(dòng)Zigbee技術(shù)的發(fā)展，Chipcon(已被TI公司收購(gòu))公司于Ember,Freesacal,Honeywell,Mistubishi,Motorla,Philips,Samsung等公司共同成立了Zigbee聯(lián)盟。目前該聯(lián)盟以及包含一百五十多家成員，該聯(lián)盟主席Rober F.Haile 曾于2004年11月訪問(wèn)中國(guó)，以免專利的方式吸引中國(guó)本地企業(yè)加入。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，低功耗、低成本的Zigbee技術(shù)在未來(lái)幾年內(nèi)將會(huì)得到快速的增長(zhǎng)，2006年全球Zigbee器件的出貨量已達(dá)到1000萬(wàn)個(gè)，2007年年底將近一億個(gè)，2008年將超過(guò)1.5億個(gè)。其中2006年，Zigbee芯片供應(yīng)方面，TI以及Ember公司位列前兩位。這一預(yù)言正從Zigbee聯(lián)盟以及其成員近期的一系列活動(dòng)和進(jìn)展中得到驗(yàn)證。在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，Zigbee的快速發(fā)展可以說(shuō)是另人有些始料不及的，從2004年年底標(biāo)準(zhǔn)確立，到2005年年底相關(guān)芯片及終端設(shè)備總共銷(xiāo)售了1500億美元，比被業(yè)界“炒”了多年的藍(lán)牙、Wi-Fi產(chǎn)品進(jìn)展都要快。Zigbee技術(shù)在Zigbee聯(lián)盟和IEEE 802.15.4的推動(dòng)下，結(jié)合其他無(wú)線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)。它不僅在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事，環(huán)境，醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)在應(yīng)用中還可以涉及人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)所有領(lǐng)域。由于各方面的制約，Zigbee技術(shù)的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，但已經(jīng)顯示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟和發(fā)展推進(jìn)，一定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開(kāi)始發(fā)展，他的技術(shù)，應(yīng)用都談不上很成熟，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入人才力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。一、實(shí)習(xí)目的實(shí)習(xí)是電子信息工程專業(yè)十分重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題能力、理論與實(shí)踐相結(jié)合的基本訓(xùn)練，同時(shí)也是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題及設(shè)計(jì)工作原始資料的來(lái)源，為學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。認(rèn)真抓好實(shí)習(xí)的教學(xué)工作，提高生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量，是提高學(xué)生業(yè)務(wù)素質(zhì)和思想素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。1、訓(xùn)練學(xué)生從事專業(yè)技術(shù)工作所必須的各種基本技能和實(shí)踐動(dòng)手能力。2、讓學(xué)生了解本專業(yè)需要掌握的硬件軟件知識(shí)、工藝過(guò)程及工藝技術(shù)方法。3、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、從實(shí)際出發(fā)分析問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化。4、培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)勞動(dòng)、不怕苦、不怕累的工作作風(fēng)。二、實(shí)習(xí)時(shí)間本次實(shí)習(xí)時(shí)間為2014年10月27日到2014年11月21日三、實(shí)習(xí)地點(diǎn)崇實(shí)樓803四、實(shí)習(xí)內(nèi)容基于cc2530芯片的人體電子秤。采用高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，通過(guò)電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片HX711對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，使用CC2530芯片作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)稱重等主控功能。(一)基于cc2530芯片的無(wú)線體重儀方案如圖一所示基于物聯(lián)網(wǎng)的人體電子秤實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目框圖1、信號(hào)采樣單元信號(hào)采樣單元基于電子體重秤的電阻應(yīng)變半橋式傳感器組成的。傳感器是測(cè)量機(jī)構(gòu)最重要的部件。電阻應(yīng)變半橋式傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、總誤差和溫度漂移。(1) 靈敏度稱重傳感器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵(lì)電壓的比值，典型值是2mV/V。當(dāng)使用2 mV/V靈敏度和5 V激勵(lì)電壓的傳感器時(shí)，其滿度輸出電壓為10 mV。通常，為了使用稱重傳感器線性度最好的一段稱重范圍，應(yīng)當(dāng)僅使用滿度范圍的三分之二。因此滿度輸出電壓應(yīng)當(dāng)大約為6mV。當(dāng)電子秤應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí)，在6mV滿度范圍內(nèi)測(cè)量微小的信號(hào)變化并非易事。(2) 總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的比值。典型電子秤的總誤差指標(biāo)大約是0.02%，這一技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)重要，它限制了使用理想信號(hào)調(diào)節(jié)電路所能達(dá)到的精確度，決定了ADC分辨率的選擇以及放大電路和濾波器的設(shè)計(jì)。(3)漂移稱重傳感器也產(chǎn)生與時(shí)間相關(guān)的漂移。下圖為本次實(shí)習(xí)所采用的應(yīng)變式傳感器原理圖測(cè)量時(shí),外側(cè)邊正確施加外力，E字形傳感器的應(yīng)變梁部分(即中間貼應(yīng)變片的,有白色覆膠的梁臂)和外側(cè)邊要形成一個(gè)方向相反的剪切力,即中間的應(yīng)變梁在受力下必需可以發(fā)生彎曲變化,應(yīng)變梁受力面另一側(cè)不可有阻擋物。本傳感器內(nèi)部是一組半橋應(yīng)變片,使用方法可以有以下三種:1、使用一只傳感器配合外接電阻組成全橋測(cè)量,量程為一個(gè)傳感器的量程：50kg。對(duì)外接電阻要求較高。2、使用二只傳感器組成全橋測(cè)量,量程為兩只傳感器的量程之和：50kgx2=100kg3、使用四只傳感器組成全橋測(cè)量,量程為四只傳感器的量程之和：50kgx4=200kg由4個(gè)電阻半橋應(yīng)變式傳感器組成的全橋也就是惠更斯電橋從而構(gòu)成了人體電子秤傳感器部分2、信號(hào)調(diào)理單元信號(hào)調(diào)理單元是由24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711及其電路構(gòu)成。HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24 位A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。該芯片與后端MCU 芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A 或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128 或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為20mV或40mV。通道B 則為固定的32 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。 HX711內(nèi)部方框圖如圖4所示。其外部管腳如圖5所示。圖4 HX711內(nèi)部方框圖圖5為HX711電子體重秤應(yīng)用的一個(gè)參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器(XI=0)，10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率(RATE=0)。電源（2.75.5V）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過(guò)片外分壓電阻與電池相連，用于檢測(cè)電池電壓。圖5 HX711外部管腳圖圖6 HX711電子體重秤應(yīng)用參考電路圖 本課題設(shè)計(jì)的電路如圖7所示：圖7HX711信號(hào)調(diào)理單元3、Zigbee數(shù)據(jù)處理與發(fā)射、接收單元Zigbee數(shù)據(jù)處理與發(fā)射和Zigbee數(shù)據(jù)處理與接收單元是由CC2530芯片作為主控芯片構(gòu)成的。CC2530 是用于2.4-GHzIEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。管腳圖如圖8所示CC2530主要特點(diǎn)：高達(dá)256kB的閃存和20kB的擦除周期，以支持無(wú)線更新和大型應(yīng)用程序8kB RAM用于更為復(fù)雜的應(yīng)用和Zigbee應(yīng)用可編程輸出功率達(dá)+4dBm在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到1uA的電流損耗具有強(qiáng)大的地址識(shí)別和數(shù)據(jù)包處理引擎功能：l 支持Zigbee / Zigbee PRO , Zigbee RF4CE, 6LoWPAN, WirelessHART 及其他所有基于802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的解決方案；l 卓越的接收機(jī)靈敏度和可編程輸出功率；l 在接收、發(fā)射和多種低功耗的模式下具有極低的電流消耗，能保證較長(zhǎng)的電池使用時(shí)間；l 一流的選擇和阻斷性能（50-dB ACR）應(yīng)用：l 智能能源/自動(dòng)化儀表讀取l 遠(yuǎn)程控制l 居家及樓宇自動(dòng)化l 消費(fèi)類電子產(chǎn)品l 工業(yè)控制及監(jiān)測(cè)l 低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)特性：可最大化通信范圍的101dBm鏈路預(yù)算（101dBm link budget）可最小化干擾源影響的業(yè)界一流的選擇性（Best in class selectivity）可最大化電池供電器件使用壽命的靈活低功耗模式（Flexible low-power modes）功能強(qiáng)大的5通道DMA引擎（Powerful 5-channel DMA engine）用于遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的IR生成電路(IR generation circuitry)高達(dá)256K的閃存（Up to 256k Flash）4、基于PC機(jī)的控制與顯示單元此單元通過(guò)接收模塊中CC2530芯片的串口與PC機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子體重儀的數(shù)據(jù)顯示與控制。(二)基于CC2530的Zigbee協(xié)議棧1、ZIGBEE物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述Zigbee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無(wú)線通信市場(chǎng)上低功耗、低成本、低速率的空缺。同時(shí)隨著Zigbee技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來(lái)越多的注意力和研究力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面。Zigbee技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。Zigbee技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。Zigbee在未來(lái)的幾年里將在工業(yè)無(wú)線定位、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車(chē)自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個(gè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化，將會(huì)成為今后Zigbee芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用，都可以考慮采用Zigbee技術(shù)：（1）網(wǎng)點(diǎn)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多。（2）低傳輸量：要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)成本低。（3）可靠性高：要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高。（4）體積?。涸O(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置。（5）電池供電。（6）覆蓋量大：所需檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，地形復(fù)雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。（7）現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。（8）遙測(cè)、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸。（9）局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差、成本高的。Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在壓力過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、流量過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉(cāng)庫(kù)貨物監(jiān)控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控，鋼鐵冶煉溫度控制，煤氣抄表等各個(gè)領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無(wú)線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化。Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)，這種通信組網(wǎng)是基于中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的。根據(jù)Zigbee技術(shù)的本質(zhì)，它具有下列特性：低功耗、高度擴(kuò)展性、可靠性高等。2、ZIGBEE協(xié)議棧Zigbee協(xié)議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供管理、維護(hù)等服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）提供了一系列的基本服務(wù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。Zigbee協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層：（1）APP（Application Programming）：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。（2）HAL（Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。ZigBee硬件層通過(guò)射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從MAC層以硬件層無(wú)線信道的接口。在硬件層中，包含一個(gè)硬件層管理實(shí)體（PLME），該實(shí)體通過(guò)調(diào)用硬件層的管理功能函數(shù)，為硬件層管理服務(wù)提供其接口，同時(shí)，還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件層所管理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)的基本信息。（3）MAC：介質(zhì)接入控制子層，包含了MAC 層的參數(shù)配置文件及其MAC 的LIB 庫(kù)的函數(shù)接口文件。實(shí)現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。2、支持PAN的連接和斷開(kāi)連接。3、同信標(biāo)保持同步。4、在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。5、處理和維護(hù)GTS機(jī)制。6、信道接入采用CSMA-CA接入機(jī)制。7、支持設(shè)備的安全性。介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)，其長(zhǎng)度不超過(guò)127個(gè)字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。（4）MT（Monitor Test）：實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口可控各層，與各層進(jìn)行直接交互。（5）NWK（ZigBee Network Layer）：網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫(kù)的函數(shù)接口文件，APS 層庫(kù)的函數(shù)接口。（6）OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。（7）Profile：AF（Application work） 層目錄，包含AF 層處理函數(shù)文件。（8）Security：安全層目錄，安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等。（9）Services：地址處理函數(shù)目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。（10）0Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及ZStack 相關(guān)配置信息。（11）ZDO（ZigBee Device Objects）：ZDO 目錄。（12）ZMac： MAC 層目錄，包括MAC 層參數(shù)配置及MAC 層LIB 庫(kù)函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。（13）ZMain：主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及