無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！ 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 作者姓名 程豐收 學(xué) 號(hào) 2011201827 單 位 理工學(xué)院 指導(dǎo)教師 黃慧 2015 年 6 月 教務(wù)處編原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書(shū)而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確的方式表明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 指 導(dǎo) 教 師 簽 名: 日期： 緒論

2、1 1.1摘要1.2選題依據(jù)和意義31.3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景及意義41.4無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介51.5未來(lái)前景展望62 ZigBee協(xié)議簡(jiǎn)介72.1ZigBee的概述82.2ZigBee的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)92.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型 102.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?12.3ZigBee的工作模式123 核心板介紹133.1CC2530核心板143.2CC2530引腳描述153.3溫度傳感器介紹163.3.1DS18B20溫度傳感器特性173.3.2DS18B20管腳介紹184 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)194.1溫度采集模塊204.2微控制模塊264.3無(wú)線(xiàn)通信模塊275 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)29總結(jié)34參考文獻(xiàn)35致謝

3、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1摘要無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式的連接。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)本設(shè)計(jì)為了滿(mǎn)足對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于技術(shù)的無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)采用這種方式是因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單方便，兼容性比較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足我們對(duì)于環(huán)境溫度測(cè)量的需求。本系統(tǒng)的核心芯片為，溫度傳感器采用的是，本設(shè)計(jì)是無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量采用無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)中表明，在溫度測(cè)量過(guò)程中，本系統(tǒng)具有靈活組網(wǎng)，測(cè)量精確穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞： CC2530無(wú)線(xiàn)射頻芯片

4、；溫度監(jiān)測(cè)；ZigBee技術(shù)；DS18B20溫度傳感器Wireless Temperature Measurement System DesignABSTRACTWireless sensor network (WSN) is a kind of distributed sensor network, its ending is can sense and check the sensor of the outside world. Sensor way through wireless communication of the WSN, the flexible network Settin

5、gs, equipment location can change at any time, can also with the Internet connection cable or wireless way. Through wireless communication mode to form a multiple hops self-organizing networkThis design in order to meet the environmental temperature detection, and designed a kind of wireless AD hoc

6、network based on ZigBee technology. This design USES this approach because, simple and convenient operation, compatibility is stronger, able to meet our demand for temperature measurement. The core chip of this system for cc2530, temperature sensor USES DS18B20, this design is wireless temperature m

7、easurement using wireless network. Experiments show that in the process of temperature measurement, this system with flexible networking, stable measurement precision, cess,the system can flexible networkKey words:CC2530；temperature monitoring；ZigBee；DS18B201.2選題依據(jù)和意義根據(jù)現(xiàn)在當(dāng)前通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)看無(wú)線(xiàn)將會(huì)逐步取代有

8、線(xiàn)，使用簡(jiǎn)單快捷的方式傳遞訊息是通信工程的一個(gè)重要的發(fā)展目標(biāo)?；谶@種發(fā)展背景，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷的豐富了我們的生活。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議呈現(xiàn)多元化的是伴隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù)、無(wú)線(xiàn)保真、超寬帶以及Zigbee技術(shù)等熱點(diǎn)技術(shù)繼出現(xiàn)，都有著各自的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用市場(chǎng)。而ZigBee技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)比如近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率等，在自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，和許多設(shè)備的兼容性也很好。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種非常低廉的，功耗非常小的的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展也日趨成熟，它被廣泛應(yīng)用在無(wú)

9、線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、工農(nóng)、交通、家居等越來(lái)越廣泛的領(lǐng)域。ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的功耗小、距離近、成本低、布網(wǎng)簡(jiǎn)易等特點(diǎn)十分適合于要求自動(dòng)不間斷采集數(shù)據(jù)、局域分布測(cè)量、聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理等測(cè)量場(chǎng)合。在日益追求訊息通信和交換的實(shí)時(shí)，簡(jiǎn)單，耗能低，傳輸可靠的信息技術(shù)發(fā)展方向上，研究Zigbee技術(shù)在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用十分有必要。另外，我們大學(xué)生在校園中更多的是學(xué)習(xí)理論知識(shí)，參加應(yīng)用實(shí)踐的的機(jī)會(huì)比較少，選擇ZigBee這種無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)方式為研究對(duì)象是很合理的選擇。一方面是這種技術(shù)的實(shí)用性比較強(qiáng)，會(huì)得到很好的鍛煉，另一方面也不會(huì)流于表面。1.3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景及意義 21世紀(jì)以來(lái)，全球各種技術(shù)的發(fā)

10、展呈現(xiàn)了一種井噴模式，各種技術(shù)的發(fā)展正在改變著我們的生活以及理解世界的方式，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為了各種發(fā)明和各種服務(wù)的源泉，而且更多的改變正在蓄勢(shì)待發(fā)，就像望遠(yuǎn)鏡讓我們能夠感受宇宙，顯微鏡能夠讓我們觀測(cè)微生物一樣。引導(dǎo)人們生活、工作和思維大變革的網(wǎng)絡(luò)多是采用有線(xiàn)進(jìn)行的，各種總線(xiàn)技術(shù)，局域網(wǎng)技術(shù)等有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量可以得到很好的保障，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及越來(lái)越多的應(yīng)用在日常生活和經(jīng)濟(jì)生活中，網(wǎng)絡(luò)的安全性也日益得到人們的關(guān)注。有線(xiàn)傳輸是在網(wǎng)線(xiàn)之間發(fā)生的，這樣就決定其安全性能是相對(duì)高很多的，監(jiān)聽(tīng)難度增加了許多。但無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸有很多方面是有線(xiàn)不能比的，那就是無(wú)線(xiàn)有很高的移動(dòng)性和靈活性。在移動(dòng)性方面有線(xiàn)通信顯然

11、落在了下風(fēng)，例如布線(xiàn)繁瑣、線(xiàn)路故障難以判定、設(shè)備更改布局就要更改布線(xiàn)等這些有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)先天帶有的缺點(diǎn)卻愈發(fā)地明顯，有線(xiàn)通信在這些方面不如無(wú)線(xiàn)通信優(yōu)勢(shì)明顯。這也是有線(xiàn)通信無(wú)論如何也比不上的優(yōu)勢(shì)，那就是無(wú)線(xiàn)通信具有極高的移動(dòng)性和靈活性。同時(shí)，隨著近年來(lái)集成電路技術(shù)、射頻技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通信功能的實(shí)現(xiàn)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單可行，數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性都有了很大的提高，體現(xiàn)出了巨大的發(fā)展市場(chǎng)。在人們追求更高生活質(zhì)量的今天，人們把目光轉(zhuǎn)向了無(wú)線(xiàn)通信上面，一些典型的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用產(chǎn)品順勢(shì)而生，如：無(wú)線(xiàn)智能家電，無(wú)線(xiàn)查表，無(wú)線(xiàn)點(diǎn)餐，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集歸類(lèi)，無(wú)線(xiàn)設(shè)備監(jiān)控，汽車(chē)儀表數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)讀取等。人們享受無(wú)線(xiàn)信息傳輸系統(tǒng)帶來(lái)的便利的同

12、時(shí)，又同時(shí)針對(duì)發(fā)展的新的需求而不斷探索。 1.4無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)。大量節(jié)點(diǎn)都是隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的，有的是監(jiān)測(cè)區(qū)域的內(nèi)部，有的則是分布在監(jiān)測(cè)區(qū)域的附近，網(wǎng)絡(luò)的形成采用自組織的形式是比較常見(jiàn)的。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理的可能性，在經(jīng)過(guò)多跳之后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最終通過(guò)因特網(wǎng)或者衛(wèi)星能夠到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。  傳感器節(jié)點(diǎn)可以分為四個(gè)部分：傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和能量供應(yīng)模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是在傳感器模塊；負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操

13、作是在處理器模塊，處理器模塊的主要功能是存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)是別的節(jié)點(diǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的；無(wú)線(xiàn)通信模塊的功能是與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的，還有交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)等；能量供應(yīng)模塊提的功能是為傳感器節(jié)點(diǎn)供所需運(yùn)用到能量。  協(xié)議棧還包括三個(gè)平臺(tái)：能量管理、移動(dòng)管理和任務(wù)管理。這些管理平臺(tái)可以讓傳感器節(jié)點(diǎn)效的方式協(xié)同工作，節(jié)省能源。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)是在節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的，另外還提供多任務(wù)和資源共享的作用。無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)上是有很多的，有時(shí)幾十個(gè)的，有的時(shí)候根據(jù)需要也可以達(dá)到上百的。無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)顧名思義肯定采用的是無(wú)線(xiàn)通信方式，還采用動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動(dòng)性對(duì)等網(wǎng)絡(luò)。這樣可以滿(mǎn)足具

14、有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流通過(guò)動(dòng)態(tài)路由和移動(dòng)管理技術(shù)傳輸。一般情況下是不需要考慮能量問(wèn)題的，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)是可以提供能量的。 傳感器網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)有很多相似的地方，但兩者之間的差別也是巨大的。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目相對(duì)無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)來(lái)說(shuō)是更為龐大的，是監(jiān)測(cè)、控制以及無(wú)線(xiàn)通信為一體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；節(jié)點(diǎn)容易受到環(huán)境的影響，能量耗盡也會(huì)對(duì)它照成影響環(huán)，更容易出現(xiàn)故障；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)有發(fā)生變化的可能，大多數(shù)是因?yàn)榄h(huán)境干擾和節(jié)點(diǎn)故障；大多數(shù)情況下，傳感器節(jié)點(diǎn)本應(yīng)是固定不動(dòng)的。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)在能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力等很多方面都有著局限性。傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是以提高服務(wù)質(zhì)量和節(jié)省帶寬為前提的，其次才考慮能源節(jié)約的

15、問(wèn)題；而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要目標(biāo)是能源的有效利用，這也是兩者最重要的區(qū)別之一。1.5未來(lái)前景展望當(dāng)前形勢(shì)下，越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)和公司在ZigBee技術(shù)的研究上面投入了很多的精力，毫無(wú)疑問(wèn)這也將加快無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、更新和研發(fā)。人們對(duì)于這種新興的近距離、低功耗、低傳輸率的技術(shù)抱有很大興趣的同時(shí)，人們把更多的目光投向了無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)方面，為下一步無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化做準(zhǔn)備。另外，ZigBee規(guī)范和其應(yīng)用還需要專(zhuān)業(yè)人員的努力，越來(lái)越多的工廠、高等院校和研究機(jī)構(gòu)都對(duì)ZigBee技術(shù)展現(xiàn)了極大的研究興趣，研究工作也在有條不紊的進(jìn)行著。我們未來(lái)研究的重點(diǎn)將主要在以下幾個(gè)方面：（1）Zigbee芯片和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)：

16、不少?gòu)S商推出了Zigbee的產(chǎn)品和全套解決方案。（2）Zigbee技術(shù)的具體應(yīng)用研究：目前，不管?chē)?guó)內(nèi)國(guó)外，已有大量的研究者和廠商提出了Zigbee可能的應(yīng)用。（3）和別的技術(shù)共存研究：對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)與其它無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共存的問(wèn)題也有大量的研究。（4）網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估：對(duì)Zigbee網(wǎng)絡(luò)性能的研究也是一大熱點(diǎn)，如研究Zigbee底層的802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在競(jìng)爭(zhēng)時(shí)期(CAP)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和能量消耗、Zigbee網(wǎng)絡(luò)在不同的通信參數(shù)下，網(wǎng)絡(luò)的通信量及穩(wěn)定性、在Zigbee網(wǎng)絡(luò)的低負(fù)載的情況下，調(diào)整其活動(dòng)時(shí)期節(jié)點(diǎn)的能量消耗，使得網(wǎng)絡(luò)的生命延長(zhǎng)等。（5）路由算法：Zigbee的路由是基于Ad Hoe按需距離矢

17、量(AODV算法)路由算法，這樣ZigBee的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)建立與數(shù)據(jù)傳播方式和Ad Hoe網(wǎng)絡(luò)很類(lèi)似。提高路由算法的高效性和可擴(kuò)展性看來(lái)是很有必要的。2ZigBee協(xié)議簡(jiǎn)介2.1ZigBee的概述ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入

18、各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。IEEE 802.15.4工作組制定ZigBee協(xié)議的物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制層（ MAC層）協(xié)議。4ZigBee聯(lián)盟成立用于2002年，定義了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）和安全服務(wù)規(guī)范。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖 7應(yīng)用層（含應(yīng)用接口層） 用戶(hù)安全層 Zi

19、gBee聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)層MAC層 IEEE802.15.4物理層 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 2.2ZigBee的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)是包括設(shè)備類(lèi)型，路由方式還有路由方式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三方面的內(nèi)容，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)類(lèi)型是網(wǎng)絡(luò)層面上提出來(lái)的，它所反映的是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可分為三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、?shù)型拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)洹?.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是由協(xié)調(diào)器，路由器和終端節(jié)點(diǎn)組成的。（1）協(xié)調(diào)器所有的拓?fù)湫问降腪igBee的網(wǎng)絡(luò)中，僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率通道、建立起網(wǎng)絡(luò)另外在別的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、提供信息路由、管理和其它服務(wù)等。 （2）路

20、由器在采用樹(shù)型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)候，是要用到路由器節(jié)點(diǎn)的，它可以加入到協(xié)議中。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接受節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)自身會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)信息，允許子節(jié)點(diǎn)通過(guò)它加入網(wǎng)絡(luò)。（3）終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接受訊息是主要任務(wù)。2.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问絑igbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌謩e為星形、樹(shù)形和網(wǎng)狀，如圖圖1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.3ZigBee的工作模式ZigBee網(wǎng)絡(luò)的有兩種工作模式：一是非信標(biāo)模式，二是信標(biāo)兩種模式。非信標(biāo)模式只允許ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步，以達(dá)到最大限度地節(jié)能， 在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)以一定的間隔

21、時(shí)間向網(wǎng)絡(luò)廣播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間是有相同的16個(gè)時(shí)槽的，這些時(shí)槽又可以分為網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)兩個(gè)部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)的各個(gè)時(shí)槽內(nèi)發(fā)送。 非信標(biāo)模式下，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的周期性(周期可設(shè)置)休眠。周期性的醒來(lái)與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并向父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式一般只需要15ms。3核心板介紹3.1CC2530核心板功能特點(diǎn)： 功能良好、功耗很小的8051內(nèi)核； 頻段是開(kāi)放的，工作頻段大約為2.4GHz； 適應(yīng)2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收發(fā)器； 具

22、有8路輸入 8至14位ADC； 無(wú)線(xiàn)傳輸速率能夠達(dá)到250kbps的； 16個(gè)傳輸信道，根據(jù)環(huán)境可以切換最有效的信道；使用2.4G全向天線(xiàn)，可靠傳輸距離達(dá)250m。3.2CC2530引腳描述CC2530采用40腳QFN封裝，其引腳圖如圖3-1所示： CC2530引腳描述3.3溫度傳感器介紹DS18B20是常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開(kāi)銷(xiāo)低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。3.3.1 DS18B20溫度傳感器特性1: 技術(shù)性能描述 單線(xiàn)接口方式獨(dú)特，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊。 測(cè)溫范圍:55至+125，誤差溫度只有1。 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20

23、可以并聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上，最多只能并聯(lián)8個(gè)。但是如果連接的太多會(huì)造成信號(hào)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 工作電源: 3.0至5.5V/DC （可以數(shù)據(jù)線(xiàn)寄生電源） 在使用中不需要?jiǎng)e的外圍元件 測(cè)量結(jié)果以9至12位數(shù)字量方式串行傳送 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選PVC電纜直接出線(xiàn)或德式球型接線(xiàn)盒出線(xiàn),便于與其它電器設(shè)備連接。3.3.2DS18B20管腳介紹DS18B20有兩種封裝形式：三腳TO-92 直插式和八腳SOIC 貼片式，封裝引腳見(jiàn)圖3-2所示。4、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 由于zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星形，樹(shù)形，網(wǎng)狀3 種模式，按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能劃分可分為終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)

24、器節(jié)點(diǎn)3 種。其中，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)起并維護(hù)一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)；路由器節(jié)點(diǎn)支撐網(wǎng)絡(luò)鏈路結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；終端節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的感知者和執(zhí)行者，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和可執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作。這就要求ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需扮演終端感知者、網(wǎng)絡(luò)支持者、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者3種角色。在本設(shè)計(jì)中，考慮到各種局限，采用星型結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)有若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有路由節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖DS18B20DS18B20終端節(jié)點(diǎn) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)溫度顯示界面供電DS18B20DS18B20供電電路終端節(jié)點(diǎn)DS18B20DS18B20終端節(jié)點(diǎn) 圖2 多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)框圖終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)溫度傳感器DS18B

25、20微控制器 CC2530終端節(jié)點(diǎn)是利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20來(lái)采集溫度信息，CC2530對(duì)溫度信息進(jìn)行初步處理， CC2530 芯片中集成的RF 射頻天線(xiàn)將初步處理的溫度信息以及發(fā)送端的信息傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。功能上具有有3 個(gè)模塊：溫度采集模塊，微控制模塊，無(wú)線(xiàn)通信模塊。其對(duì)應(yīng)的硬件模塊如圖3 所示。4.1溫度采集模塊溫度采集模塊需要從外界環(huán)境中采集溫度信息，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20 與CC2530 實(shí)現(xiàn)溫度傳感應(yīng)用。DS18B20 是美國(guó)Dallas 半導(dǎo)體公司推出的一種智能數(shù)字溫度傳感器。它能夠直接讀出被測(cè)溫度，并可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)9到12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式

26、，可以測(cè)量- 55至+125的溫度范圍，在- 10至85溫度范圍內(nèi)誤差不會(huì)超過(guò)0.5。從DS18B20讀出信息或是寫(xiě)入DS18B20 信息只要通過(guò)單總線(xiàn)接口即可。溫度變換、讀取等所需的能量由總線(xiàn)提供，無(wú)需外接電源。DS18B20 可以節(jié)省系統(tǒng)資源、使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)易，可靠性更高，更適用于溫度慢變場(chǎng)所的長(zhǎng)時(shí)間溫度測(cè)量。4.2 微控制模塊微控制模塊有兩個(gè)功能:一是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信息的預(yù)處理，二是將溫度信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。微處理器是基于TI 公司生產(chǎn)的CC2480 芯片。該CC2480 芯片是TI 公司在2008 年4 月30 日推出的首款經(jīng)ZigBee 認(rèn)證的新Z- Accel 系列網(wǎng)絡(luò)處理器，是基

27、于IEEE 802.15.4/ZigBee 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的集成芯片。CC2480 芯片內(nèi)嵌入高性能和低功耗的8051 微控制器核，集成了符合IEEE802.15.4/Zig-Bee 標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz 頻段的RF 無(wú)線(xiàn)電收發(fā)模塊。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要功能：接收來(lái)自發(fā)送端的溫度數(shù)據(jù)信息和發(fā)送端的節(jié)點(diǎn)信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理，接收端將處理好的信息傳送給上位機(jī)進(jìn)行顯示。功能上主要有：無(wú)線(xiàn)通信模塊，微處理模塊，串口通信模塊。對(duì)應(yīng)的硬件圖如圖 PC機(jī)微處理器CC25304.3 無(wú)線(xiàn)通信模塊CC2530 無(wú)線(xiàn)模塊主要由電源、復(fù)位電路、串口連接電路和無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路組成。TTL電平與PC機(jī)

28、的RS232 電平并不是兼容的，故在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，RS232 串口數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MAX232 將電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平，再通過(guò)CC2530無(wú)線(xiàn)發(fā)送。接收數(shù)據(jù)則是發(fā)送數(shù)據(jù)的逆過(guò)程，CC2530 先接收到數(shù)據(jù)信號(hào)，然后經(jīng)MAX232 將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232 的標(biāo)準(zhǔn)電平，再通過(guò)RS232 向上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)主要包括幾個(gè)方面：各個(gè)節(jié)點(diǎn)中的功能模塊驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)組網(wǎng)程序設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)通信程序設(shè)計(jì)。在整個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是用了ZigBee協(xié)議，在ZigBee 協(xié)議中，廠商已經(jīng)提供眾多函數(shù)：包括新建網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備加入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)幀，尋找父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

29、包等。NNDS18B20采集數(shù)據(jù) 從機(jī)CC2530處理數(shù)據(jù)PC數(shù)據(jù)顯示主機(jī)接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送自動(dòng)發(fā)送？從機(jī)收到發(fā)送命令命令處理 從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)延遲時(shí)間到？系統(tǒng)初始化 開(kāi)始N溫度傳感器程序void Ds18b20Write(uchar infor) uint i; Ds18b20OutputInitial(); for(i=0;i<8;i+) if(infor & 0x01) Ds18b20Data = 0;/數(shù)據(jù)線(xiàn)拉低 Ds18b20Delay(6);/延時(shí)6us Ds18b20Data = 1;/數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 Ds18b20Delay(50);/延時(shí)50us else Ds18b20

30、Data = 0; /數(shù)據(jù)線(xiàn)拉低 Ds18b20Delay(50); /延時(shí)50us Ds18b20Data = 1; /數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 Ds18b20Delay(6); /延時(shí)6us infor >>= 1; 從DS18B20 中讀取一個(gè)字節(jié)：uchar Ds18b20Read(void)/ 讀取溫度數(shù)據(jù) uchar Value = 0x00; uint i; Ds18b20OutputInitial();/設(shè)置與DS18B20相連接的I/O管腳為輸出 Ds18b20Data = 1; Ds18b20Delay(10);/延時(shí)10us for(i=0;i<8;i+) Value

31、 >>= 1; Ds18b20OutputInitial();/設(shè)置與DS18B20相連的I/O管腳為輸出 Ds18b20Data = 0; /數(shù)據(jù)線(xiàn)拉低 Ds18b20Delay(3);延時(shí)3us Ds18b20Data = 1;/數(shù)據(jù)線(xiàn)拉高 Ds18b20Delay(3);/延時(shí)3us Ds18b20InputInitial();/設(shè)置與DS18B20相連的I/O管腳為輸入 if(Ds18b20Data = 1) Value |= 0x80; Ds18b20Delay(15);/延時(shí)15us return Value;溫度讀取函數(shù)：void Temp_test(void) /溫度讀取函數(shù) uchar V1,V2; test1=Ds18b20Initial(); Ds18b20Write(0xcc); Ds18b20Write(0x44); test2=Ds18b20Initial(); Ds18b20Write(0xcc); Ds18b20Write(0xbe); V1 = Ds18b20Read(); V2 = Ds18b20Read(); temp = (V1 >> 4)+(V2 & 0x07)*16); /合并溫度值總結(jié)基于CC2530 芯片的無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)，采用ZigBee協(xié)議棧，做到了真正意義上的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)，所有的傳感器都處