基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集 系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者:日期:理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院20 14年春季學(xué)期物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)題目：基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級：姓 名:學(xué) 號:指導(dǎo)教師:成 績:基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要基于物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)是多學(xué)科的高度交叉，知識的高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它通過各類集成化的微型傳感器協(xié) 作地實(shí)時監(jiān)測，感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信 息通過無線方式被發(fā)送,弁以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終 端無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性決定了其不需要較高的傳輸帶寬，而要求較低的傳輸延時和極低的功率消耗。IEEESO 2. 15. 4/Z i gB

2、ee技術(shù)是近年來通信領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，具有低成本、低功 耗、低速率、低復(fù)雜度的特點(diǎn)和高可靠性、組網(wǎng)簡單、靈活等優(yōu) 勢，逐漸成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。此次課設(shè)設(shè)計(jì)弁實(shí)現(xiàn)了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式溫 度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、信息采集、S HT1Q串口通信正文:?!昔誤!未定義書簽、前言？!昔誤!未定義書簽。二、基本原理?昔誤!未定義書簽。2. 1 SHT10弓卿特性保昔誤!未定義書簽。2.2 溫濕度傳感器模塊錯誤!未定義書簽。2.3 C C 2 53 0串口通信原理錯誤!未定義書簽。2.4 4 Zig Be e 簡介錯誤!未定義書簽。三、系統(tǒng)分析錯誤!未定義書簽。四、詳細(xì)設(shè)計(jì)

3、作昔誤!未定義書簽。4.1 硬件設(shè)計(jì)伊昔誤!未定義書簽。4.2 軟件設(shè)計(jì)昔誤!未定義書簽。4 .3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖保昔誤!未定義書簽4 .4 代碼/昔誤!未定義書簽?？偨Y(jié)多昔誤!未定義書簽。正文:一、前言物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可定制，適用于不同應(yīng)用場合，對功能，可靠性，成本，體積， 功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求，人類對環(huán)境信息的感知上有了更高的要求，在某些特殊工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和室內(nèi)存儲場合對環(huán)境要求顯得特別苛 刻；隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境環(huán)境檢測提供了更進(jìn)一步的 保障。基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)包含感知層、傳輸層、應(yīng)用層三個層

4、面；傳輸層常見的有溫濕度、煙感、一氧化碳、壓力等 物聯(lián)網(wǎng)傳感器模塊，傳輸層包括有線通信和無線通信兩部分，應(yīng)用層包括各種終端。在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ) ，結(jié)合Zi gB ee技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確、完整、可靠的反應(yīng)環(huán)境信息 ，做到實(shí)時 監(jiān)控。基本原理：濕度傳感器和溫度傳感器采集到數(shù)據(jù)后，通過給 RS232串 口增力口 Z i gBee功能,替代設(shè)備電纜線進(jìn)行無線傳輸,串口傳輸 設(shè)計(jì)為雙向全雙工，無硬件流控制，強(qiáng)制允許 OT A（多條）時間 和丟包重傳。本次課設(shè)采用的s en s er節(jié)點(diǎn)中燒寫EndD eviceEB程序，在協(xié)調(diào)器中燒寫C oordin a torEB程序。在設(shè)備綁定時

5、先啟動協(xié)調(diào)器綁定，后啟動終端節(jié)點(diǎn)綁定，按鍵SW1用于設(shè)備之間綁定，S W2用于啟動匹配描述符請求。二、基本原理本實(shí)驗(yàn)將使用C C2 5 3 0 讀取溫濕度傳感器 SHT1 0的溫度和濕度數(shù)據(jù)，最后將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在LCD上顯示。其中對溫濕度的讀取是利用CC 2530 的I/ O(P1. 0和P1.1 )模擬一個類I IC的過程。其中該系統(tǒng)所使用的SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片,提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出。 它采用專利的C MOS n s技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓 越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、 一個用能隙材料制成的測溫元件，弁在同一芯片上，與 1

6、4位的 A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。2.1 SHT 1 0引腳特性SH T10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSen技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn) 定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，弁在同一芯片上，與 14位的A/D轉(zhuǎn) 換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。SHT1 0 引腳特性如下（1）VDD, GN D SH T 10 的供電電壓為 2.45.5V。傳感器上電 后，要等待 1 1ms以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送 任何指令。電源引腳（VDD,GND之間可增加一個10 0 nF的

7、電 容，用以去耦濾波。（2）SCK用于微處理器與 SHT1 0 之間的通訊同步。由于接口 包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。（3）DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在 S CK時鐘下降沿 之后改變狀態(tài)，弁僅在 SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間， 在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突， 微處理器應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如:10 k。）將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理 器的I/O電路中。1、向 S HT1 0 發(fā)送命令：用一組“啟動傳輸”時序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng) SCK時鐘高電平時DAT A翻轉(zhuǎn)為低電

8、平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?隨后是在SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為高電 平。后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持“ 0 00”），和五個命令位。SHT10會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第8個SCK 時鐘的下降沿之后，將 DATA拉為電平（A CK 位）。在第 9個 SCK時鐘的下降沿之后，釋放 DATA （恢復(fù)Wj電平）o2、測量時序（RH和T ）:發(fā)布一組測量命令（表示相對濕度 R H ,''表示溫度 T）后,控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約1 1 / 55/2 10ms,分別對應(yīng) 8/ 1 2/14 b i t測量。確切的時間隨內(nèi)部 晶振速度，最多有

9、77; 15犍化。SHTxx 通過下拉DATA至低電 平弁進(jìn)入空閑模式，表示測量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā)SCK時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù) 可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀 出數(shù)據(jù)。接著傳輸2個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。uC需要通過下拉 DATA為低電平，以確認(rèn)每個字節(jié)。 所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效（例如：對于12b it數(shù)據(jù)， 從第5個SCK時鐘起算作MSB;而對于8 bit數(shù)據(jù)，首字 節(jié)則無意義）。用 CRC數(shù)據(jù)的確認(rèn)位，表明通訊結(jié)束。如果不 使用CRC-8校驗(yàn)，控制器可以在測量值LSB后，通過保持確認(rèn) 位ack高電

10、平，來中止通訊。在測量和通訊結(jié)束后，S HTxx 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。3、通訊復(fù)位時序：如果與SHTxx通訊中斷，下列信號時序可以復(fù)位串口：當(dāng)DATA保持高電平時，觸發(fā) SCK時鐘9次或更多。在下一次 指令前，發(fā)送一個“傳輸啟動”時序。這些時序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留.2 . 2溫濕度傳感器模塊溫濕度探頭直接使用II C接口進(jìn)行控制，光敏探頭經(jīng)運(yùn) 放處理后輸出電壓信號到 AD輸入。IIC接口將同時連接EEPR O M以及溫濕度傳感器兩個設(shè)備,將采用使用不同的I IC設(shè)備地址的方式進(jìn)行區(qū)分。其電路原理圖如下所示：溫濕度傳感器模塊原理圖使用1012b i t的AD采集器進(jìn)行光敏信號采集，使

11、用 專用溫濕度傳感器(I IC接口)進(jìn)行溫濕度信號采集。一次采樣使用2字節(jié)描述，MSB方式，溫濕度及光電傳感器模塊輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：(1)僅采集溫度信息溫度數(shù)據(jù)高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)。(2)僅采集濕度信息濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)低字節(jié)。(4)采集全部信息溫度數(shù)據(jù)高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù) 據(jù)低字節(jié)。注意：本指令一次測量，最多只上傳1次采集數(shù)據(jù)，不支持連續(xù)采集數(shù)據(jù)上傳。2.3 CC2 5 30串口通信原理UA RT接口可以使用2 線或者含有引腳 RXD TXD可選RTS 和CTS的 4線。UART操作由 USART 控制和狀態(tài)寄存器 UxCS R以及U A RT控制寄存器 U

12、 x UCR來控制。這里的x是USART的編號, 其數(shù)值為0或者1。當(dāng)UxCSR.MO DE設(shè)置為1時，就選擇了 UA RT 模式。當(dāng)UIS ART收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器、寄存器 Ux BU F寫入數(shù) 據(jù)時，該字節(jié)發(fā)送到輸出引腳 TXDxo UxBUF寄存器是雙緩沖 的。當(dāng)字節(jié)傳輸開始時，UxCSR . ACTIVE位變?yōu)楦唠娖?，而?dāng)字節(jié)傳送結(jié)束時為低。當(dāng)傳送結(jié)束時，U xCSR TX_B YTE位設(shè) 置為1 .當(dāng) USA R T收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖寄存器就緒,準(zhǔn)備接收新 的發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生了 一個中斷請求。 該中斷在傳送開始之后 立刻發(fā)生,因此，當(dāng)字節(jié)正在發(fā)送時，新的字節(jié)能夠裝入數(shù)據(jù)緩 沖器。當(dāng)1寫入

13、UxCSR.RE位時，在UART上數(shù)據(jù)接收就開始 了。然后 UART 會在輸入引腳 TXD x中尋找有效起始位， 弁且設(shè)置UxCSR.ACTIVE位為1.當(dāng)檢測出有效起始位時，收 到的字節(jié)就傳入到接收寄存器，Ux CSR .RX_B YTE位設(shè)置為1 . 該操作完成時，產(chǎn)生接收中斷。同時 UxCS R.ACTIVE變?yōu)榈碗?平。通過寄存器UxBUF提供到的數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng) UxBUF讀出時，UxCS R.RX_B Y T E位由硬件清0。2.4 Zig Bee 簡介1 Zig Bee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無線通 信市場上低功耗，低成本，低速率的空缺。同時隨著 ZigBee技 術(shù)的深入發(fā)展

14、和應(yīng)用,越來越多的注意力和研究力量將會轉(zhuǎn)到應(yīng) 用的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測試和市場的推廣等方面。ZigBe e技術(shù)的關(guān)鍵是發(fā)展是一種易布建，低成本，低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigB e e技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。Z ig Bee在未來的幾十年里將在工業(yè)無線定位，工業(yè)控制，消費(fèi)電子，汽車自動化，家庭網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)用設(shè)備控制等多個控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是工 業(yè)控制和家庭自動化，將會成為今后Z i g Be e芯片的主要領(lǐng) 域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用,都可以采用此技術(shù)。(1)網(wǎng)絡(luò)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)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，安全性高

15、。(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方便放置(5)電池供電。(6)覆蓋量大：所需檢測點(diǎn)多，地形復(fù)雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò) 覆蓋面積。(7)現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。(8)遙測，遙控系統(tǒng)：使用先從移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的地?cái)?shù)據(jù)量 傳輸。(9)局部區(qū)域移動口標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用G PS效果差，成 本高.2 ZigBe e協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)Z i gBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用分層結(jié)構(gòu),每一層為上層提供一系列 特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實(shí)體都通過服務(wù)接人點(diǎn) SAW上層提供接口，每個SAPTB支持一定數(shù)量的服務(wù)原語來實(shí)現(xiàn)所需的功能。 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的分層架構(gòu)是在

16、OS I七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場和應(yīng)用的實(shí)際需要定義的。其中I E EE 8 02. 15.42 0 0 3標(biāo)準(zhǔn)定義了底層協(xié)議：物理層 (physic al la yer, P HY)和媒 體訪問控制層 ( me dium ac c e ss control s u b-lay e r, MAC)。ZigB e e聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層 (n etw o rk 1 aye r , NVK),應(yīng)用層(app 1 i cation lay er, APL)架構(gòu)。在 應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(app 1 i c a ti o n suppo r t sub-l a yer, APJ 和 Zig

17、Bee 設(shè)備對象(ZigB e e devi c e o bject,ZDO) o應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對象。Zi g B e e的網(wǎng)絡(luò)層采用基于A d Hoc的路由協(xié)議,除了具有通 用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)該與底層的IEEE 802 . 1 5. 4標(biāo)準(zhǔn)一樣功耗小，同時要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù),以最大限度方便消費(fèi)者使用，降低網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。應(yīng)用支持子層把不同的應(yīng)用 映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全屬性設(shè)置、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè) 備發(fā)現(xiàn)和多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。ZigBee無線測溫系統(tǒng)的組成及原理基于ZigBee技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)主要由基于ZigBee技術(shù)的底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)

18、程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及功 能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng) 3部分組成，該系統(tǒng)是由大量的傳感器 點(diǎn)、匯節(jié)點(diǎn)以及遠(yuǎn)程傳輸模塊組成的分布式系統(tǒng)?；诖氐姆謱咏Y(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力，簇頭就是分布式處理中心，即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個匯節(jié)點(diǎn)。每個簇成員（傳感器節(jié)點(diǎn)）都把數(shù)據(jù)傳給簇頭，數(shù)據(jù)融合后直接傳給遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，中央控制中心通過遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)與多個匯節(jié)點(diǎn)連接，匯節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過Zig B e e技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線的信息交換。帶有射頻收發(fā)器的 無線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的感知和處理弁傳送給匯節(jié)點(diǎn)；通過遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和 管理。管理24口APSDE-SAP次金 坨務(wù) 虻供、MLDE

19、-SAP140PD-SAPNLDE-SAP應(yīng)用架雨應(yīng)用時象霜點(diǎn)1APSDE-KAP胃警）設(shè)備對粵一羋口） ZDOJ端在0、APS'DE-UP JAPSME-SAf反即曾尸NLME-SAPZDO管班平臺網(wǎng) 網(wǎng) 畫 f nlmZsap) pM |管理|管理|>介質(zhì)胡同睡副層物理層MLME-5APPLMEMAPZi g Bee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖1 .物理層物理層由半雙工的無線收發(fā)器及其接口組成，主要作用是激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；檢測信道的能量；顯示收到數(shù)據(jù)包的鏈路 質(zhì)量；空閑信道評估；選擇信道頻率；數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。2 .媒體訪問控制層媒體訪問控制（MAC）層建立了一條節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的節(jié)點(diǎn) 之

20、間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。在協(xié) 調(diào)器的M AC層，可以產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)，同步網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；支持Zi g Bee 設(shè)備的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持設(shè)備加密；在信道訪問方面，采用CS MA/CA言道退避算法，減少了碰撞概率；確保時隙分配（GTS）;支持信標(biāo)使能和非信標(biāo)使能兩種數(shù)據(jù)傳輸模式,為兩個對等的MA C實(shí)體提供可靠連接。3 .網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，主要功能包括設(shè)備連接和斷開網(wǎng)絡(luò)時所采用的機(jī)制，以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機(jī)制。此外,還包括設(shè)備的路由發(fā)現(xiàn)和路由維 護(hù)和轉(zhuǎn)交。弁且，網(wǎng)絡(luò)層完成對一跳（one-hop）鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn) 和相關(guān)結(jié)點(diǎn)信息的存儲。一

21、個Z igB e e協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個新網(wǎng)絡(luò)， 為新加入的設(shè)備分配短地址等。弁且 ,網(wǎng)絡(luò)層還提供一些必要的 函數(shù)，確保Zi g Bee的MAC層正常工作，弁且為應(yīng)用層提供合 適的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層要求能夠很好地完成在 IEEE 8 02. 1 5 .4標(biāo)準(zhǔn)中M AC子層所定義的功能，同時，又要為應(yīng)用層提供適當(dāng)?shù)姆?wù)接 口。為了與應(yīng)用層進(jìn)行更好的通信 ,網(wǎng)絡(luò)層中定義了兩種服務(wù)實(shí) 體來實(shí)現(xiàn)必要的功能。這兩個服務(wù)實(shí)體是數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（NLDE）和管理服務(wù)實(shí)體（NLME ）。網(wǎng)絡(luò)層的NLDE®過數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體服 務(wù)訪問點(diǎn)（NLDE-SAP）來提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，NLME通過管理服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問點(diǎn)（N L

22、ME-SAP）來提供管理服務(wù)。NLME可以 利用NLDE來激活它的管理工作，它還具有對網(wǎng)絡(luò)層信息數(shù)據(jù)庫 （NI B）進(jìn)行維護(hù)的功能。在這個圖中直觀地給出了網(wǎng)絡(luò)層所提供的實(shí)體和服務(wù)接口等。N LDE提供的數(shù)據(jù)服務(wù)允許在處于同一應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中的 兩個或多個設(shè)備之間傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APD U） o N LDE提供的服務(wù)有：產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU卻選擇通信路由。選 擇通信路由，在通信中，NLD遵發(fā)送一個NPDUIU一個合適的設(shè) 備，這個設(shè)備可能是通信的終點(diǎn)也可能只是通信鏈路中的一個 點(diǎn)。NL ME需提供一個管理服務(wù)以允許一個應(yīng)用來與協(xié)議棧操作 進(jìn)行交互。NL ME需要提供以下服務(wù)：配置一個新

23、的設(shè)備（c onfig u r ing a new dev i ce）。具有充分配置所需操作棧的 能力。配置選項(xiàng)包括：ZigBee協(xié)調(diào)器的開始操作，加入一個現(xiàn)有 的網(wǎng)絡(luò)等。4 .應(yīng)用層應(yīng)用層包括三部分：應(yīng)用支持子層（APS）、Zi g Bee設(shè)備對象（ZD O）和應(yīng)用框架（AF）。應(yīng)用支持子層的任務(wù)是提取網(wǎng)絡(luò) 層的信息弁將信息發(fā)送到運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的不同應(yīng)用端點(diǎn)。應(yīng)用支持子層維護(hù)了一個綁定表，可以定義、增加或移除組信息；完成64位長地址（IEEE地址）與16位短地址（網(wǎng)絡(luò)地址）一對一映射； 實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的分割與重組； 應(yīng)用支持子層連接網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 是它們之間的接口。這個接口由兩個服務(wù)實(shí)體提供：A

24、PS數(shù)據(jù)實(shí)體（APSD E ）和APS管理實(shí)體（AP SME） APS數(shù)據(jù)實(shí)體為網(wǎng)絡(luò)中 的節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，它會拆分和重組大于最大荷載量的數(shù) 據(jù)包。APS管理實(shí)體提供安全服務(wù),節(jié)點(diǎn)綁定,建立和移除組地 址，負(fù)責(zé)64位I EEEM址與16位網(wǎng)絡(luò)地址的地址映射4。ZigBee設(shè)備對象負(fù)責(zé)設(shè)備的所有管理工作,包括設(shè)定該設(shè)備 在網(wǎng)絡(luò)中的角色（協(xié)調(diào)器、路由器或終端設(shè)備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè) 備，確定這些設(shè)備能提供的功能,發(fā)起或響應(yīng)綁定請求，完成設(shè)備 之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。用戶在開發(fā)Z i gBee產(chǎn)品時，需要在ZigBee協(xié)議棧的AF上附加應(yīng)用端點(diǎn)，調(diào)用ZDO功能以發(fā)現(xiàn)網(wǎng) 絡(luò)上的其他設(shè)備和服務(wù)，管理綁定

25、、安全和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。ZDO 是一個特殊的應(yīng)用對象，它駐留在每一個ZigBee節(jié)點(diǎn)上，其端 點(diǎn)編號固定為0。AF應(yīng)用框架是應(yīng)用層與 APS層的接口。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)，弁為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應(yīng)的目的端點(diǎn)。三、系統(tǒng)分析該系統(tǒng)通過具有IIC總線接口的單片全校準(zhǔn)字式新型相對 溫濕度傳感器 SHT 1 0實(shí)現(xiàn)對溫濕度的采集，將信號送至ZigB e e技術(shù)，從節(jié)點(diǎn)采集溫濕度數(shù)據(jù)每隔一定的時間輪流向主節(jié) 點(diǎn)發(fā)送，主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)之后通過串口將各節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)傳 給智能主板。具體步驟描述(1)給職能主板供電(USB外接電源或2節(jié)干電池)；(2)將一個無線節(jié)點(diǎn)模塊插入到帶LCD的智能主板的相應(yīng)位置；(3)

26、將溫濕度及光電傳感器模塊插入到智能主板的傳感及 控制擴(kuò)展口位置；(4)接下來將CC253 0仿真器的一端通過USB線(A型轉(zhuǎn) B型)連接到 PC 機(jī)，另一端通過10 Pin下載線連 接到智能主板的 CC25 30 J TAG 口(J203);(5)將智能主板上電源開關(guān)撥至開位置。按下仿真器上的 按鈕,仿真器上的指示燈為綠色時,表示連接成功；(6)使用 IAR 7 .51 打開 OURS_C C2530LIB 1 i b1 0( H u m i TempLight) I A R_f i les ” 下的 H umiT e mpLight.eww文件，下載運(yùn)行程序；(7)觀察 LCD上溫度、濕度和

27、光照強(qiáng)度的變化；(8)向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀察LCD上溫濕度數(shù) 據(jù)的變化；四、詳細(xì)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此， 其重點(diǎn)是溫濕度數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實(shí)現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無線傳感的軟件支持，也 就是Zi gbee協(xié)議框架的編程。實(shí)現(xiàn)濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、 常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC25 3 0的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括:Z i gbe e協(xié)議棧整體構(gòu)架,Zi gbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層。4. 1硬件設(shè)計(jì)物

28、聯(lián)網(wǎng)溫濕度采集系統(tǒng)的硬件部分可以大體有無線傳感基 本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于C C 2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)等組成。其具體內(nèi)容如下：1、無線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面是以數(shù)據(jù)為中心的，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險 的遠(yuǎn)程環(huán)境中，所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)也要移動外，大部分節(jié)點(diǎn)是靜止不動的。在被檢測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成 感測特定的對象外，還需要進(jìn)行簡單的計(jì)算，維持互相之間的網(wǎng) 絡(luò)連接等功能。弁且由于能源的無法替代以及低功耗的多跳通信 模式，設(shè)計(jì)無線傳感節(jié)點(diǎn)

29、時，有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié) 點(diǎn)的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題,其無線傳感節(jié)點(diǎn)模型如下圖：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無線傳輸模塊的，傳感 器采集的數(shù)據(jù),簡單處理后經(jīng)過無線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標(biāo)，觀測節(jié)點(diǎn)，傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場是無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 所包括的4個基本實(shí)體對象。大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，單個節(jié)點(diǎn) 進(jìn)過初始的通信和協(xié)議，通過自組織方式自行配置， 形成一個傳 輸信息的單跳鏈接或一系列無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同形成對目標(biāo)的感知視場。傳感節(jié)點(diǎn)檢測的目標(biāo)信號經(jīng)過傳感器本地簡 單處理后通過單播或廣播以多跳的方式通過鄰近傳感節(jié)點(diǎn)傳輸 到觀測節(jié)點(diǎn)。用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元則能

30、夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 或Inte er net等外部網(wǎng)絡(luò),與觀測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互。 觀測節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請求和控制指令，接受傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。2、使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新試驗(yàn)系統(tǒng)IOV-T-2530采用系列傳感器模塊和無 線節(jié)點(diǎn)模塊組成無線傳感網(wǎng)，擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)廣域訪問，可 實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采 集、無線信號收發(fā)、Z igbee網(wǎng)絡(luò)通訊，組件控制全過程。該工 具提供了無線傳感網(wǎng)通信模塊，基本的傳感器及控制器模塊、 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器參考軟件等。3、實(shí)現(xiàn)溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)

31、 器，其中具體情況如下：無線節(jié)點(diǎn)模塊：主要有射頻單片機(jī)構(gòu)成，MCU是TI白CC253. 0,2. 4 G載頻，棒狀天線。傳感器及控制模塊：包括溫濕度傳感器模塊,繼電器模塊和 R S232模塊等,也可以通過總線擴(kuò)展用戶自己的傳感器及控制 部件。電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感器及控制模 塊的連接，又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電。4. 2軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集的軟件部分主要有 Zi g Bee技術(shù)概 述，協(xié)議棧整體架構(gòu),Zig Bee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層,AOW路由協(xié)議 等幾部分組成。而Zig Be e協(xié)議層主要包括：網(wǎng)絡(luò)層概述，網(wǎng)絡(luò) 層所實(shí)現(xiàn)的功能，網(wǎng)絡(luò)層中常用的路由協(xié)議。 ACD V路由協(xié)議主 要包括

32、：協(xié)議概述，協(xié)議的基本原理，A CD婚由協(xié)議消息控制幀。5. 3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖1、串口通信設(shè)計(jì)程序流程圖及核心代碼4. 4代碼1、串口通信部分代碼：/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *函數(shù)名稱：initUART*功能描述：C C253 0串口初始化* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */voi d i nit UAR T (vo i d)PERCFG = 0x0 0 ;/ /位置 1 P0 口P0SEL = 0x3c；P0 用作串口U0CS R |=0

33、x80;/UART方式U0GCR |=11; / /ba ud_e = 1 1 ;U OBA UID |=216;/波特率設(shè)為115 2 00UTX0 I F = 1 ;U0CSR |= 0 X40;/ 允許接收I EN0 | = 0x84; / /uart。接收中斷/ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 函數(shù)名稱：UartTX Sen d St r ing* 功能描述：串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) * 參數(shù):*Data 發(fā)送數(shù)據(jù)指針* len 發(fā)送的數(shù)據(jù)長度 * 返回值：無* * * * * * * * * * * * *1 * * * * *

34、 * * * * * *2 * * * */void UartT X_Send_Strin g ( UI NT 8 *Da t a, i nt len ) int j ；f o r (j=0; j <len;j+ )U0DBU F = * D ata + + ;while(UTX0IF = 0);UTX0I F/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 函數(shù)名稱：H AL _I SR_FU NCTION* 功能描述：串口接收數(shù)據(jù)中斷函數(shù)* 參數(shù):h a lUa r t 0RxIs r 一 中1斷名稱* URX0

35、 VE CTOR -中斷向量*返回值：無* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */H AL_ISR_FUNCTIOJ ( h a lU a rt 0 RxIsrURX3 VECTOR )UINT8 t e m p ;URX0IF = 0;te mp = U0DBJ F;*(str + coun t ) = t e mp ;co u nt + + ;/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

36、 * * * * * * * * * * * * * * * * * *v o id ma i n()UIN T 8 * uartch ="U I NT8 te m p = 0;S ET_MAIN_C1D CKS OURCE(Cl Y S TAL );/設(shè)置主時鐘為3 2M晶振i n itU ART() ;/ 初始化串口wh i l e ( 1 )U a rtTX_S e nd_Str i ng(uartch,17) ;/發(fā)送hal Wa i t (200);/判斷串口是否接/保存接收的h alWait(2 0 0);if(c o unt)收到數(shù)據(jù)temp = c oun t ;數(shù)據(jù)

37、長度h alWa it(50);/ 等待數(shù)據(jù)接收完成i f( temp =cou n t)/判斷數(shù)據(jù)是否接收完成Uart T X_Send _ S tring (st r ,co u nt);/回發(fā)接收到的數(shù)據(jù)s tr = 0 ;count = 0;2、核心代碼及程序流程圖代碼清單：voi d m ain()int tem p e r a;int h umidity;cha rs 1 6 ; UINT8 a dc0_v a lue 2 ;f 1 oat num = 0 ;SET_MAIN_CLO C J S OURC (CRY STAL);/設(shè)置系統(tǒng)時鐘源為32MHz晶體振蕩器GUI I ni

38、t ();/ GUI 初始化GUI_Set Col o r (1, 0 );/ 顯示色為亮點(diǎn)，背景色為暗點(diǎn)GUI _Pu tSt r in g 5_7(25,6 , "OUR S-CC2 530");/ 顯示 OURS-CC2 5 3 0GUI_ P utStri ng5_7 (10,2 2 , " Te mp:");G UI_Pu t St r i n g 5_7(1 0 ,35, " H u mi :");GU I _Pu tS t ring5_ 7 (10,48," L i g ht:");L CM_Ref

39、r esh ();while(1)th read ( & tempera,&hum i d ity);/讀取溫度和濕度sprint f ( s , (char*)"%d%d C", ( I NT1 6 ) (int) t emp e ra /10),( I N T16) (int )temp e ra %10);/將溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GU I _PutString5_7(48,22,( c h ar *) s );/顯示結(jié)果LCM_Refresh();s p r intf( s , (char * ) " %d%d % ", (I NT

40、16 )(i nt)h u mid i t y / 10),(I NT 16)(in t) hum i dity % 10);/將濕度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GUI_PutStrin g 5 7 (48, 3 5 ,( char *) s) ;/顯示結(jié)果LCM_Re f r esh();/* AI NO 通道采樣*/AD C_EN ABL E CHANNE (ADC_A INO);/使能AIN 0為ADC輸入通道/*酉己置ADCCCN 3寄存器以便在 ADCCON . STSEL = 11 (復(fù)位默認(rèn)值)且 ADCCON1.S =1時進(jìn)行單一轉(zhuǎn)換*/*參考電壓：AVDD_SOC引腳上的電壓 */*抽取率：5 12 */* ADC輸入通道：AI NO * /ADC SINGLE_C O NIV ERSION(AGT _RE F_AV DD | ADC 14_BIT |AD C_AIN0);A