基于Zigbee的無線溫度采集系統(tǒng)設計本科畢業(yè)論文設計

1、題目：專業(yè)：姓名：學號：指導教師：職稱：畢業(yè)時間：講師二一三年六月單位代碼： 005 分 類 號： TP延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）基于 ZigBee 的無線溫度采集 系統(tǒng)設計 電子信息工程延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）基于 Zigbee 的無線溫度采集系統(tǒng)設計 摘要：本設計為基于 STC89C52利用 ZigBee 無線通訊技術完成的溫度無線采集系統(tǒng)。 溫度傳感器采集來的數據，通過單片機做數據處理并利用 ZigBee 的無線發(fā)送模塊， 將溫度信息發(fā)送出去。經過 ZigBee 接收模塊接收數據，再通過單片機做數據處理， 將溫度信息通過顯示屏顯示出來，從而完成溫度的無線采集

2、。 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。 關鍵詞： ZigBee；STC89C5；2 無線溫度采集；延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）Wireless temperature acquisition system based on ZigBee 聞創(chuàng)溝燴 鐺險愛氌譴凈。Abstract ： The design for the STC89C52 using ZigBee wireless communication technology to complete the wireless temperature acquisition system based on. The data collecte

3、d by temperature sensor, and uses the wireless transmission module ZigBee through the single-chip microcomputer for data processing, the temperature information is sent out. After the ZigBee receiving module receives the data, and data processing by the MCU, the temperature information is displayed

4、through the display screen, so as to complete the wireless acquisition temperature殘.騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。KEY WORDS : ZigBee；STC89C52；wireless temperature acquisition釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。II延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）目錄1 概述 1 彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1 選題背景 . 1 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.2 選題研究的目的和意義 . 1 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2 方案選擇 1 煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。2.1 傳感器的選擇 2 鵝婭盡損鵪慘

5、歷蘢鴛賴。2.2 主控部分的選擇 2 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2.3 系統(tǒng)整體介紹 3 預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。3 系統(tǒng)的硬件設計 3 滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。3.1 傳感器 DS18B20溫度傳感器 3 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.2 ZigBee 協(xié)議 5 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.2.1 ZigBee 概述 . 5 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.2.2 ZigBee 網絡基礎 . 7 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.2.3 工作模式 . 7 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。3.2.4 ZigBee 無線組網及數據通信 7 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.3CC2530 芯片 8 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.3.1 CC25

6、30 概述 . 8 驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.3.2 CC2530 芯片的主要特點 9 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.4 STC89C52單片機的介紹 10 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.5 12864 液晶顯示 13 構氽頑黌碩飩薺齦話騖。4 主程序的設計 13 輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。4.1. 系統(tǒng)測試 . 14 堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。4.1.1 系統(tǒng)測試步驟 . 14 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。4.1.2 系統(tǒng)的硬件測試、協(xié)議棧的測試、液晶的測試 . 14 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。4.1.3 系統(tǒng)測試結果分析 . 15 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。5 總結 15 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。參考文獻 16 碩癘鄴頏

7、謅攆檸攜驤蘞。致謝 17 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。III延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)1 概述1.1 選題背景溫度是工業(yè)、農業(yè)生產中常見的和最基本的參數之一，在生產過程中常需對溫 度進行檢測和監(jiān)控，采用微型機進行溫度檢測、數字顯示、信息存儲及實時控制， 對于提高生產效率和產品質量、節(jié)約能源等都有重要的作用。伴隨工業(yè)科技、農業(yè) 科技的發(fā)展，溫度測量需求越來越多，也越來越重要。但是在一些特定環(huán)境溫度監(jiān) 測環(huán)境范圍大 ,測點距離遠 ,布線很不方便。這時就要采用無線方式對溫度數據進行 采集。 氬嚕躑竄貿懇彈瀘頷澩。1.2 選題研究的目的和意義無線網絡技術按照傳輸范圍來劃分，可分為無線廣域網、無

8、線城域網、無線局 域網和無線個人域網。無線個人域網即短距離無線網絡，典型的短距離無線傳輸技 術有：藍牙( Bluetooth )、ZigBee、WiFi 等。在工業(yè)控制、家庭自動化和遙測遙感 領域，藍牙( Bluetooth )雖然成本較低，成熟度高，但是傳輸距離有限，僅為 10 米，可以參與組網的節(jié)點少。 WiFi 雖然傳輸速度較快，傳輸距離達到 100 米，但是 其價格偏高，功耗較大，組網能力較差。相比之下 ZigBee 技術具有低成本、 低功耗、 近距離、短時延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢，廣泛應用于智能家庭、工 業(yè)控制、自動抄表、醫(yī)療監(jiān)護、傳感器網絡應用和電信應用等領域。 釷鵒資

9、贏車贖孫滅獅 贅。2 方案選擇溫度檢測系統(tǒng)有則共同的特點：測量點多、環(huán)境復雜、布線分散、現場離監(jiān)控 室遠等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設計信號調理電路、 A/D 轉 換及相應的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉換成數字信號送到計算機去 處理。這樣，由于各種因素會造成檢測系統(tǒng)較大的偏差；又因為檢測環(huán)境復雜、測 量點多、信號傳輸距離遠及各種干擾的影響， 會使檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。 所以溫度檢測系統(tǒng)的設計的關鍵在于兩部分： 溫度傳感器的選擇和主控單元的設計。延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）溫度傳感器應用范圍廣泛、使用數量龐大，也高居各類傳感器之首。 慫闡譜鯪逕導嘯

10、畫長 涼。2.1 傳感器的選擇方案一：采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻 精度、重復性、可靠性較差，對于檢測 1 攝氏度的信號是不適用的。 諺辭調擔鈧諂動禪瀉 類。方案二： 采用單片模擬量的溫度傳感器， 比如 AD590,LM35等。但這些芯片輸出 的都是模擬信號，必須經過 A/D 轉換后才能送給計算機，這樣就使得測溫裝置的結 構較復雜。 另外，這種測溫裝置的一根線上只能掛一個傳感器， 不能進行多點測量。 即使能實現，也要用到復雜的算法，一定程度上也增加了軟件實現的難度。 嘰覲詿縲鐋 囁偽純鉿錈。方案三：采用數字溫度傳感器 DS18B20測量溫度，輸出信號全

11、數字化。便于單 片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學性很 穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測溫元件，此元件線性度較好。在 0100攝氏度時， 最大線形 偏差小于 1 攝氏度。 DS18B20的最大特點之一采用了單總線的數據傳輸，由數字溫 度計 DS1820和微控制器 STC89C52構成的溫度測量裝置，它直接輸出溫度的數字信 號，可直接與計算機連接。這樣，測溫系統(tǒng)的結構就比較簡單，體積也不大。 熒紿譏 鉦鏌觶鷹緇機庫。采用溫度芯片 DS18B20測量溫度，可以體現系統(tǒng)芯片化這個趨勢。部分功能電 路的集成， 使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。而且，集成塊的使用， 有效

12、地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路 發(fā)展的一種趨勢。本方案應用這一溫度芯片，也是順應這一趨勢。 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。2.2 主控部分的選擇方案一：采用 STC89C52單片機實現。 單片機軟件編程的自由度大， 可通過編程 實現各種各樣的算術算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實現簡單，安裝方便?？?以單獨對多 DS18B20控制工作， 進行溫度數據采集， 組成溫度測量的巡回檢測系統(tǒng)， 實現遠程控制。 另外 STC89C52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應用， 編程技術及外圍功 能電路的配合使用都很成熟。 紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)方

13、案二：使用 MSP430作控制器，德州儀器 (TI) 的超低功率 16 位 RISC 混合 信號處理器 MSP430產品系列為電池供電測量應用提供了最終解決方案。 作為混合信 號和數字技術的領導者， TI 創(chuàng)新生產的 MSP430，使系統(tǒng)設計人員能夠在保持獨一無 二的低功率的同時同步連接至模擬信號、傳感器和數字組件。但在溫度采集和實施 控制這個重要的場合低功耗相對來說顯得就不是那么重要了，而應該考慮它的穩(wěn)定 性、準確性， 同時對比 STC89C52能夠在性能和資源都可以到達一個最佳的狀態(tài)， 可 以避免用 MSP430的不必要的資源浪費。 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。 綜上，我們傳感器采用方案三，控制

14、器采用方案一。2.3 系統(tǒng)整體介紹本設計所實現的無線溫度采集系統(tǒng)以 STC89C52單片機為核心，通過溫度傳感 器、單片機、 Zigbee 無線模塊，完成對溫度的采集與顯示。首先利用溫度采集系統(tǒng) 完成溫度的采集，然后利用數據轉換模塊完成了 I/O 口數據與串口數據的轉換，再 通過無線發(fā)送與接收模塊完成數據的無線發(fā)、收，最終通過溫度顯示模塊完成了顯 示溫度傳感器所采集的溫度值。系統(tǒng)框圖如下所示： 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。圖 2-1 溫度采集系統(tǒng)框圖3 系統(tǒng)的硬件設計3.1 傳感器 DS18B20溫度傳感器DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式

15、， 螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877，LTM8874等等 主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的 DS18B20可用于電纜溝測溫，高 爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種 狹小空間設備數字測溫和控制領域。 擠貼綬電麥結鈺贖嘵類。DS18B20的主要特性：1、適應電壓范圍更寬，電壓范圍： 3.0 5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電；2、獨特的單線接口方式， DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即

16、可實現微 處理器與 DS18B20的雙向通訊； 賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。3、DS18B20支持多點組網功能，多個 DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現組網 多點測溫；4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如 一只三極管的集成電路內； 塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。5、溫范圍 55 +125，在 -10 +85時精度為 0.5 ；6、可編程 的分辨率為 9 12位，對應的可分辨溫度分別為 0.5 、0.25 、0.125 和 0.0625 ，可實現高精度測溫； 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。7、在 9 位分辨率時最多在 93.75ms 內把溫度轉換為數字， 12 位分

17、辨率時最多在 750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快； 倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。8、測量結果直接輸出數字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力； 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20引腳封裝如下圖圖 3-1DS18B20引腳圖延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)3.2 ZigBee 協(xié)議3.2.1 ZigBee 概述ZigBee 一詞來源于蜜蜂賴以生存的通信方式 Zigzag 形狀的舞蹈，是一種低成 本、低功耗的近距離無線組網通信技術。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。Zig

18、Bee 協(xié)議是基于 IEEE 802.15.4 標準的，由 IEEE 802.15.4 和 ZigBee 聯(lián)盟 共同制定。 IEEE 802.15.4 工作組制定 ZigBee 協(xié)議的物理層( PHY)和媒體訪問控 制層( MAC層)協(xié)議。 ZigBee聯(lián)盟成立用于 2002年，定義了 ZigBee協(xié)議的網絡層 (NW)K、應用層( APL)和安全服務規(guī)范。協(xié)議棧結構如圖 3-2 ?，嶀暈R曖惲錕縞馭篩涼。應用層(含應用接口層)用戶安全層ZigBee 聯(lián)盟網絡層MAC層IEEE 802.15.4物理層圖 3-2 ZigBee 協(xié)議棧結構ZigBee 協(xié)議由物理層 (PHY)、介質訪問控制子層 (

19、MAC)、網絡層 (NWK)，應用層 (APL) 及安全服務提供層 (SSP)五塊內容組成。其中 PHY層和 MAC層標準由 IEEE 802.15.4 標準定義，MAC層之上的 NWK層，APL層及 SSP層，由 ZigBee 聯(lián)盟的 ZigBee 標準定義。 APL層由應用支持層 (APS)，應用框架(AF)以及 ZigBee設備對象 (ZDO)及 ZDO管理平臺組成。 鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)PHY層 定義了無線射頻 應該具備的特征，提 供了 868MHz-868.6MHz、 902MHz-928MHz和 2400MHz-24835MHz三種不同的頻

20、段，分別支持 20kbps、 40kbps 和 250kbps的傳輸速率， 1個、 10個以及 16個不同的信道。 ZigBee 的傳輸距離 與輸出功率和環(huán)境參數有關，一般為 10 100 米之間。 PHY層提供兩種服務： PHY 層數據服務和 PHY層管理服務， PHY層數據服務是通過無線信道發(fā)送和接收物理層 協(xié)議數據單元 (PPDU)， PHY層的特性是激活和關閉無線收發(fā)器、能量檢測、鏈路質 量指示、空閑信道評估、通過物理媒介接收和發(fā)送分組數據。 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。MAC層使用 CSMA-CA沖突避免機制對無線信道訪問進行控制，負責物理相鄰設 備問的可靠鏈接，支持關聯(lián) (Associa

21、tion) 和退出關聯(lián) (Disassociation) 以及 MAC 層安全。 MAC層提供兩種服務： MAC層數據服務和 MAC層管理服務， MAC層數據服務 通過物理層數據服務發(fā)送和接收 MAC層協(xié)議數據單元 (MPDU。) MAC層的主要功能是： 進行信標管理、 信道接入、保證時隙 (GTS)管理、幀確認應答幀傳送、 連接和斷開連 接。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。NWK層提供網絡節(jié)點地址分配，組網管理，消息路由，路徑發(fā)現及維護等功能。 NWK層主要是為了確保正確地操作 IEEE 802.15.4 2003MAC子層和為應用層提供服 務接口。 NWK層從概念上包括兩個服務實體：數據服務實體和管

22、理服務實體。NWK層的責任主要包括加入和離開一個網絡用到的機制、應用幀安全機制和他們的目的 地路由幀機制， ZigBee 協(xié)調器的網絡層還負責建立一個新的網絡。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。ZigBee應用層包括應用支持子層 (APS子層) 、應用框架(AF)和 ZigBee設備對象 (ZDO)。APS子層負責建立和維護綁定表，綁定表主要根據設備之間的服務和他們的 需求使設備相互配對。 ZigBee 的應用框架 (AF) 為各個用戶自定義的應用對象提供了 模板式的活動空間，并提供了鍵值對 (KVP)服務和報文 (MSG)服務供應用對象的數據 傳輸使用。一個設備允許最多 240 個用戶自定義應用對象，

23、分別指定在端點 l 至端 點 240 上。 ZDO可以看成是指配到端點 O上的一個特殊的應用對象，被所有 ZigBee 設備包含，是所有用戶自定義的應用對象調用的一個功能集，包括網絡角色管理， 綁定管理，安全管理等。 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。ZDO負責定義設備在網絡中的角色 ( 例如是 ZigBee 協(xié)調器或者 ZigBee 終端設 備) 、發(fā)現設備和決定他們提供哪種應用服務， 發(fā)現或響應綁定請求， 在網絡設備之 間建立可靠的關聯(lián)。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。安全服務提供者 SSP(Security Service Provider)向 NWK層和 APS層提供安全延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(

24、設計)服務。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。ZigBee 協(xié)議層與層之間是通過原語進行信息的交換和應答的。 大多數層都向上 層提 供數據和 管理兩 種服 務接 口， 數據 SAP(Service Access Point) 和管理 SAP(Service Access Point) 。數據服務接口的目標是向上層提供所需的常規(guī)數據服 務，管理服務接口的目標是向上層提供訪問內部層參數、配置和管理數據的機制。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。3.2.2 ZigBee 網絡基礎ZigBee 網絡基礎主要包括設備類型，拓撲結構和路由方式三方面的內容，ZigBee 標準規(guī)定的網絡節(jié)點分為協(xié)調器( Coordinator )

25、、路由器 (Router) 和終端節(jié) 點( End Device )。節(jié)點類型是網絡層的概念，反映了網絡的拓撲形式。 ZigBee 網 絡具有三種拓撲形式：星型拓撲、樹型拓撲、網狀拓撲。 稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。3.2.3 工作模式ZigBee 網絡的工作模式可以分為信標 (Beacon) 模式和非信標 (Non-beacon) 模 式兩種。信標模式可以實現網絡中所有設備的同步工作和同步休眠，以達到最大限 度地節(jié)省功耗，而非信標模式只允許 ZE進行周期性休眠， 協(xié)調器和所有路由器設備 長期處于工作狀態(tài)。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。在信標模式下，協(xié)調器負責以一定的間隔時間 (一般在 15ms-4min

26、s 之間)向網 絡廣播信標幀，兩個信標幀發(fā)送間隔之間有 16 個相同的時槽，這些時槽分為網絡休 眠區(qū)和網絡活動區(qū)兩個部分，消息只能在網絡活動區(qū)的各個時槽內發(fā)送。 溈氣嘮戇萇鑿 鑿櫧諤應。非信標模式下， ZigBee 標準采用父節(jié)點為子節(jié)點緩存數據，終端節(jié)點主動向其 父節(jié)點提取數據的機制，實現終端節(jié)點的周期性 (周期可設置 )休眠。網絡中所有的 父節(jié)點需要為自己的子節(jié)點緩存數據幀， 所有子節(jié)點的大多數時間都處于休眠狀態(tài)， 周期性的醒來與父節(jié)點握手以確認自己仍處于網絡中，并向父節(jié)點提取數據，其從 休眠模式轉入數據傳輸模式一般只需要 15ms。 鋇嵐縣緱虜榮產濤團藺。3.2.4 ZigBee 無線組

27、網及數據通信ZigBee 通信協(xié)議采用分層結構 , 節(jié)點通過在不同層上的特定服務來完成所要執(zhí)延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)行的各種任務。本系統(tǒng)采用 TI 提供的 ZigBee2006 協(xié)議棧 Z-Stack, 在 IEEE802.15.4 標準物理層 (PHY)和媒體訪問控制層 (MAC)基礎上增加了網絡層、 應用層和 安全服務規(guī)范 , 是一種較好的無線傳感網絡組建方案。 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。ZigBee 設備類型按網絡功能分為三種 : 協(xié)調器、路由器、終端。由于本系統(tǒng)采 用星型網絡拓撲結構 , 所以只存在協(xié)調器和終端兩種設備。 謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。本系統(tǒng)中主節(jié)點被初始化為網絡協(xié)

28、調器。協(xié)調器包含所有的網絡消息 , 存儲容 量最大、計算能力最強。它的功能是發(fā)送網絡信標、建立網絡、管理網絡節(jié)點、存 儲網絡節(jié)點信息、收發(fā)信息。從節(jié)點被初始化為無信標網絡中的終端設備。上電復 位后, 即開始搜索指定信道上的網絡協(xié)調器 ,并發(fā)出連接請求。建立連接成功后 , 數據 從括從節(jié)點編號 ,CC2530的I/O 口編號以及此溫度傳感器的編號 ,后 2個字節(jié)為溫度 采集數據。主節(jié)點收到數據包后 , 對數據進行分析處理 , 把從節(jié)點上的溫度傳感器 的數據采集值進行轉換 ,得到實際的溫度值 , 然后發(fā)送給上溫度顯示部分。 咼鉉們歟謙鴣 餃競蕩賺。3.3CC2530芯片3.3.1 CC2530 概

29、述CC2530是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性 能并滿足以 ZigBee 為基礎的 2.4GHzISM波段應用，及對低成本，低功耗的要求。 它 結合一個高性能 2.4GHz DSSS(直接序列擴頻 ) 射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高 效的 8051 控制器。 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴減。延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文(設計)圖 3-3 CC2530 引腳排列圖CC2530包括了 1 個高性能的 2.4 GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心 和1個 8051控制器，它具有 32/64/128 kB 可選擇的編程閃存和 8kB的 RAM，還包 括 A

30、DC、定時器、睡眠模式定時器、 上電復位電路、 掉電檢測電路和 21 個可編程 I/O 引腳，這樣很容易實現通信模塊的小型化。 CC2530是一款功耗相當低的單片機，功 耗模式 3下電流消耗僅 0.2 A，在 32 k晶體時鐘下運行，電流消耗小于 1A。麩肅 鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。3.3.2 CC2530 芯片的主要特點CC2530 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構，在單個芯片上整合了 ZigBee 射 頻(RF)前端、內存和微控制器。它使用 1個 8位MCU(8051)，具有 128 KB 可編程 閃存和 8 KB 的 RAM，還包含模擬數字轉換器 (ADC)、幾個定時器( Timer

31、)、 AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器( Watchdog timer )、 32 kHz 晶振的休眠模式定時器、 上電復位電路 (Power On Reset) 、掉電檢測電路 (Brown out detection) ，以及 21 個 可編程 I/O 引腳。 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。CC2530 芯片采用 0.18 m CMOS工 藝生產；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗 分別低于 27mA或 25 mA。CC2530 的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性， 特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。 風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）3.4 STC89C5

32、2單片機的介紹STC89C52是 STC公司生產的一種低功耗、 高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52使用經典的 MCS-51內核，但做了很多的改進 使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和 在系統(tǒng)可編程 Flash ，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有 效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash ，512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口 線，看門狗定時器，內置 4KBE EPRO，MMAX810復位電路， 3 個 16 位定時器 / 計數器，

33、 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結構）， 全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié) 電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 / 計數器、串口、中斷繼續(xù) 工作。掉電保護方式下， RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止， 直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。 滅噯駭諗鋅獵輛覯 餿藹。各引腳功能， P0口：P0口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每 位能驅動 8個 ttl 邏輯電平。對 P0端口寫“

34、 1”時，引腳用作高阻抗輸入。 鐒鸝餉飾鐔 閌貲諢癱騮。當訪問外部程序和數據存儲器時， P0口也被作為低 8 位地址/數據復用。在這 種模式下， P0 具有內部上拉電阻。 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 程序校驗時，需要外部上拉電阻。 趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。P1 口： P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能 驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時 可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因， 將輸出電流。

35、 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。此外， P1.0 和 P1.2 分別作定時器 /計數器 2的外部計數輸入（ P1.0/t2 ）和時 器/ 計數器 2 的觸發(fā)輸入（ P1.1/t2ex ），具體如下表所示。 在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。引腳號第二功能 :P1.0 t2 （定時器 / 計數器 t2 的外部計數輸入），時鐘輸出。10延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）P1.1 t2ex （定時器/計數器 t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） 。P1.5 MISO（在線系統(tǒng)編程用） 。P1.6 MISO（在線系統(tǒng)編程用） 。P1.7 SCK（在

36、線系統(tǒng)編程用） 。P2 口： P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能 驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時 可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因， 將輸出電流（ iil ）。 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行 movx dptr） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā) 送 1。在使用 8 位地址（如 movx ri）訪問外部數據存儲器時， P2口輸出 P2 鎖存 器的內容。在

37、flash 編程和校驗時， P2口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。P3 口： P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能 驅動 4 個 ttl 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時 可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因， 將輸出電流（ iil ）。 P3 口亦作為 STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所 示。在 flash 編程和校驗時， P3口也接收一些控制信號。 騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。端口引腳 第二功能：P3.0 RXD（串行輸入口 ） 。P3.1

38、 TXD（ 串行輸出口 ）。P3.2 INT0（ 外中斷 0） 。P3.3INT1（ 外中斷 1） 。P3.4 T0（ 定時/計數器 0）。P3.5 T1（ 定時/計數器 1）。P3.6 WR（外部數據存儲器寫選通 ） 。P3.7 RD（ 外部數據存儲器讀選通 ） 。此外， P3口還接收一些用于 flash 閃存編程和程序校驗的控制信號。RST復位輸入。當振蕩器工作時 RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位11延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）ALE/PROG 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許） 輸 出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，

39、ALE仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸 出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪 問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 癘騏鏨農剎貯獄顥幗騮。對 flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8eh 單元的 d0位置位，可 禁止 ALE操作。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活。此外， 該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 A 禁止位無效。 鏃鋝過潤啟婭澗駱 讕瀘。PSEN程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 STC89

40、C52由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。EA/VPP 外部 訪問允許，欲 使 CPU僅訪問外 部程 序存儲器（地 址為 0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地） 。需注意的是：如果加密位被編程， 復位時內部會鎖存 EA端狀態(tài)。 邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。如 EA端為高電平（接 VCC端）， CPU則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VCC，當然這必須是該 器件是使用 12V 編程電壓 VCC。嶁硤貪塒廩

41、袞憫倉華糲。12延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）圖 3-4STC89C52引腳圖3.5 12864 液晶顯示12864是 128*64 點陣液晶模塊的點陣數簡稱，它是帶有中文字庫的 128X64的 液晶顯示，是一種具有 4 位/8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國 標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為 128 64, 內 置8192個 16*16 點漢字，和 128個 16*8點 ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方 式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84 行1616 點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示

42、 . 低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模 塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構 或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。因 此，現在大多用戶都采用此液晶顯示。 該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。4 主程序的設計1、設計分為兩個部分， 即發(fā)射部分和接收部分。 發(fā)射部分完成溫度的數據采集和處理后發(fā)射數字信號；接收部分完成數字信號接收后進行數據處理和顯示。 劇妝諢13延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）貰攖蘋塒呂侖廟。2、芯片工作前進行相應的初始化操作，并繪制總體流程圖否否圖 4-1 軟件設計流程圖4.1. 系統(tǒng)測試4.1.1 系統(tǒng)測試步驟

43、1、檢查開發(fā)板電源、串口線以及外擴設備連接是否正常2、下載協(xié)調器代碼到開發(fā)系統(tǒng)的表演板。3、用串口調試助手觀察協(xié)議棧運行是否正常。4.1.2 系統(tǒng)的硬件測試、協(xié)議棧的測試、液晶的測試系統(tǒng)的硬件測試包括對開發(fā)平臺的電源、內存、 LED 燈、串口，以及配套電路 進行測試。下載各模塊的程序后，系統(tǒng)各硬件均能正常工作。下載協(xié)調器模塊到表演板、節(jié)點模塊到電池板后，程序運行正確，從串口能正14延安大學西安創(chuàng)新學院本科畢業(yè)論文（設計）確接收到節(jié)點的地址以及所采集到的溫度。 鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。打開液晶顯示模塊軟件，從串口讀入當前溫度值，能夠實時顯示溫度。4.1.3 系統(tǒng)測試結果分析經測試，系統(tǒng)軟硬件均工作正常，實現了需求中的絕大部分功能。網絡功能方 面，充分發(fā)揮了 ZigBee 的強大的優(yōu)勢，網絡健壯。測試中， 溫度傳感器采集的是室 溫，所測得的溫度值與室溫基本一致。上位機也順利的顯示出所采集的溫度?？傮w 上，本設計基本完成了預期的目標和要求。 穡釓虛綹滟鰻絲懷紓濼。5 總結本文詳細介紹了基于 ZigBee 的溫度采集系統(tǒng)的設計過程， 設計中將系統(tǒng)分為上 位機和下位機兩部分。 通過 CC2530芯片搭建無線傳感器網絡， 并采集節(jié)點的溫度值。 所采集到的數據值通過 Zigbee 無線模塊傳輸到顯示部分。顯示部分通過 VC+