畢業(yè)設計物聯(lián)網(wǎng)

1、重慶航天職業(yè)技術學院CHONGQING AEROSPACE PLOYTECHNIC畢業(yè)論文（設計） 設計題目： 無線溫度采集系統(tǒng)設計 系 部： 電子工程系 班 級： 12021071 學 號： 20120547 姓 名： 章運杰 指導教師： 湯平 成 績： 二0一四年十二月首頁本次為畢業(yè)設計論文其題目為：無線溫度采集系統(tǒng)設計畢業(yè)設計要求：1、設計內(nèi)容小組3人設計一個3點的無線溫度采集系統(tǒng)。 2、設計要求要求完成設計（方案概述（系統(tǒng)框圖）、器件選型（列出，做成表格，對主要器件進行參數(shù)規(guī)格說明），制作電路圖，畫出流程圖，編寫主要控制程序。）3、設計參數(shù)（1）要求能夠?qū)崿F(xiàn)3點的溫度采集，以無線方式發(fā)

2、送給上位機顯示。（2）溫度范圍為0-100，溫度測量精度精確到整數(shù)個位。（3）處理器可采用CC2530。論文主要內(nèi)容為：封面、首頁、摘要和關鍵詞、目錄、引言、正文、結論、致謝、參考文獻、附錄等。 摘要多路無線溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應用于溫度測量或相應的可轉換為溫度量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測和供電線路防盜監(jiān)視、城市居民小區(qū)供熱檢測、大型倉庫溫度檢測、工業(yè)生產(chǎn)測控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測控、環(huán)保工程、故障監(jiān)控工程等?？紤]到許多工業(yè)環(huán)境中對多點溫度進行監(jiān)控，一般需要測量幾十個點以上。此次設計多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)三點的無線溫度采集。針對傳統(tǒng)溫度

3、采集系統(tǒng)存在的便攜性差、準確率低、測溫電路復雜等問題，此次提出了基于CC2530的無線溫度采集系統(tǒng)設計方案。方案選用ADT7301芯片作為溫度采集模塊，選用CC2530作為主控芯片實現(xiàn)模塊控制、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋６鄠€溫度傳感節(jié)點通過單總線與單片機相連形成分布式系統(tǒng)?？刂破魍ㄟ^溫度傳感器實時檢測各節(jié)點的溫度變化，并在液晶顯示屏上循環(huán)顯示各節(jié)點溫度的變化。通過串口將檢測到的溫度信息回饋到上位機（PC機），從而遠程實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的檢測。關鍵字：多節(jié)點無限溫度傳感器系統(tǒng) cc2530 溫濕度的采集目錄首頁1摘要2引言4一、無線溫度采集系統(tǒng)5 1.1無線溫度采集的原理.5 1.2無線溫度傳感器的介紹.

4、6 1.3無線溫度采集類型.7二、無線溫度采集系統(tǒng)分析與步驟9 2.1步驟.9 2.2系統(tǒng)程序流程圖.10三、溫度數(shù)據(jù)采集12 3.1溫度數(shù)據(jù)采集原理.12 3.2實驗中所用芯片SHT10.12四、 無線溫度采集組成15 4.1無線溫度采集系統(tǒng)硬件.15 4.2無線溫度采集系統(tǒng)軟件.17五、無線溫度采集原理圖.23 5.1器件選型.23 5.2主要器件參數(shù)規(guī)格說明.24 5.3CC2530特性.25六、無線溫度采集系統(tǒng)流程圖27七、系統(tǒng)控制程序.27結論.30致謝.31參考文獻.32引言隨著社會的進步和生產(chǎn)的需要，利用無線通信進行溫度數(shù)據(jù)采集的方式已經(jīng)滲透到社會生活生產(chǎn)的每一個角落，溫度測量的

5、準確度在影響生產(chǎn)效益的同時也在逐步得到社會的重視。 本次系統(tǒng)的控芯片以CC2530為主體，實際應用中需要我們測量范圍可達0100,要求實現(xiàn)在單片機的控制下采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過放大濾波等一系列處理后由無線收發(fā)芯片發(fā)送至上位機，并在上位機中的單片機的控制下接收數(shù)據(jù)信號。在環(huán)境溫度監(jiān)測過程中,往往存在局部溫度差異的現(xiàn)象,采用單點溫度采集的方式不能準確反映一個溫度場的實際狀況,因此采用多點溫度采集的方式來解決這一問題。這次設計為三點，由于測溫點的分布較為分散,采用信號線傳輸溫度信號的方式成本較高,布線困難,且更改采溫點比較麻煩,所以此次采用無線溫度采集。我們的工作及生活在無形的改變著，變得更精致更高效更

6、美麗。而這無形中進行著的神奇改變的關鍵莫過于高端的技術物聯(lián)網(wǎng)智能，還有無線傳感器的應用。一、無線溫度采集系統(tǒng)1.1無線溫度采集的原理：無線溫度采集的原理如下：溫度傳感器將被測點的溫度采集后輸出的模擬信號逐步送往信號放大電路、低通濾波器以及A/D轉換器（即信號調(diào)理電路），然后在單片機的控制下將A/D轉換器輸出的數(shù)字信號傳送到無線收發(fā)芯片中，并通過芯片的調(diào)制處理后由芯片內(nèi)部的天線發(fā)送到上位機，在上位機模塊中，發(fā)送來的數(shù)據(jù)由單片機控制的無線收發(fā)芯片接收并解調(diào)，最后通過接口芯片發(fā)送到PC機中進行顯示和處理。 溫濕度探頭直接使用IIC接口進行控制，本此設計將使用CC2530 讀取溫濕度傳感器SHT10的

7、溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將采樣到的數(shù)據(jù)轉換然后再LCD顯示。其中對溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模擬一個類IIC得過程。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，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。 1.2無線溫度傳感器的介紹： 無線溫度傳感器應是集成傳感、無線通信、低功耗等技術的無線傳感網(wǎng)絡產(chǎn)品。無線溫度傳感器應以電池供電，在工程實施中避免了大工作量的通訊線纜、管線、供電線路的鋪設，用戶也可根據(jù)現(xiàn)場實際使用情況，方便的調(diào)整安裝的位置。無線傳感器可配置溫濕度傳感元件、溫度傳感元件、壓力傳感元件、氣體傳感

8、元件，以及流量、位移、開關量、雨量、風速風向等等各種傳感器。無線溫度傳感器應用于供水管網(wǎng)、供氣管網(wǎng)、供油管網(wǎng)、環(huán)境、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、化工、能源、氣象、倉儲、冷藏、冰柜、恒溫恒濕生產(chǎn)車間、辦工場所等等領域。在工業(yè)、電力行業(yè)中，電氣設備的正常運行保證了社會的正常運作以及人民的正常生活，因此設備的可靠性至關重要。眾多企業(yè)提倡對設備進行預防性維護，而溫度是預防性維護中最重要的監(jiān)控參數(shù)，溫度的過高或過低均意味著故障產(chǎn)生的可能性。實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓設備安全運行的重要手段。高溫過熱直接導致電氣材料的的機械強度、物理性能下降，接觸電阻值增加，持續(xù)通流狀態(tài)下將會加速設備連接點氧化，氧化結果又促使接觸電

9、阻值繼續(xù)增加，發(fā)熱加劇，溫度持續(xù)上升，導致高溫過熱。而高溫過熱問題又是一個不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，每次溫度變化所增加的接觸電阻值，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環(huán)，嚴重影響電氣設備的使用壽命。傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、施工復雜，效率低，不便于管理，發(fā)生故障時要耗費大量的人力物理排查和重新鋪設線纜。而在特定場合下監(jiān)測點分散、環(huán)境封閉或有高電壓，很多測溫方式無法實現(xiàn)測量工作。無線溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)（NT1000）是集先進傳感技術、數(shù)字識別技術、無線通信技術、低功耗技術、抗干擾技術以及自動化控制技術為一體的高新技術產(chǎn)品，

10、由無線溫度顯示儀、無線溫度傳感器、后臺管理系統(tǒng)組成?？蓪Χ喾N惡劣環(huán)境條件下的設備溫度變化情況實現(xiàn)現(xiàn)場、遠程同時在線監(jiān)測預警，方便維護人員全面及時掌握設備運行狀況。具體應用在電氣設備的各種觸點、連接點，如：母線接頭、電纜接頭、室外刀閘開關觸點、變壓器及電動機引線接頭等測點。系統(tǒng)可以以電子地圖的形式顯示整個溫度場的分布，可清晰發(fā)現(xiàn)溫度異常點，判定故障隱患。提前采取措施，避免事故的發(fā)生。系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、測溫通信終端（溫度顯示儀）、溫度檢測預警工作站三部分組成。無線溫度傳感器：由控制單元、無線數(shù)據(jù)傳輸和溫度測量三部分組成。測溫后，將溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳遞給測溫通訊終端。主要安裝在易發(fā)熱的電

11、纜連接、變壓器與開關的表面。每個無線溫度傳感器具有唯一的ID編號，實際安裝使用時記錄每個傳感器的安裝地點，并與編號一起錄入溫度檢測工作站計算機數(shù)據(jù)庫中。傳感器每隔一定時間（可以事先設定）自動發(fā)射一次監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溫度異常立即報警，可不受發(fā)送周期限制。1.3無線溫度采集類型：溫度測量方法有接觸式測溫和非接觸式測溫兩大類。這次我設計的是無線，即非接觸式的。非接觸測溫時，溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。目前常用的非接觸式測溫儀表有： 1) 輻射式溫度計。其測量原理是基于普朗克定理，如光電高溫計、輻射傳感器、比色溫度計。 2) 光纖

12、式溫度計。它是利用光纖的溫度特性來實現(xiàn)溫度的測量，或者僅僅是光纖作為傳光的介質(zhì)。如光纖溫度傳感器、光纖輻射溫度計。 而此次設計的為無線溫度采集系統(tǒng)設計，即以cc2530為中心的系統(tǒng)包括程序。二、無線溫度采集系統(tǒng)分析與步驟嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)是一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器SHT10的溫濕度采集系統(tǒng)。實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結構、無線傳感實現(xiàn)原理、本設計所使用的實驗箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設計。2.1步驟：1、給智能主板供電（USB 外接電源或 2 節(jié)干電池）； 2、將一個無線節(jié)點模塊插入到帶 LCD 的

13、智能主板的相應位置； 3、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展口位置； 4、將 CC2530 仿真器的一端通過 USB 線（A 型轉 B 型）連接到 PC 機，另一端通過 10Pin下載線連接到智能主板的 CC2530 JTAG 口（J203）； 5、將智能主板上電源開關撥至開位置。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、觀察 LCD 上溫度、濕度和光照強度的變化； 7、用一個物體擋住光照傳感器的光線，觀察 LCD 上光照強度數(shù)據(jù)的變化； 8、向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀察 LCD的溫度顯示。2.2系統(tǒng)程序流程圖圖2.1 系統(tǒng)程序流程圖三、溫度數(shù)據(jù)采

14、集 3.1溫度數(shù)據(jù)采集原理： 溫濕度探頭直接使用IIC接口進行控制。其電路原理圖如下所示： 圖3.1電路原理圖 本次設計將使用CC2530 讀取溫濕度傳感器SHT10的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將采樣到的數(shù)據(jù)轉換然后再LCD顯示。其中對溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模擬一個類IIC得過程。 3.2實驗中所用芯片SHT10： SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片， 提供全標定的數(shù)字輸出。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，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。SHT10 引腳特性如下： 1. V

15、DD，GND SHT10 的供電電壓為 2.45.5V。傳感器上電后，要等待 11ms 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 100nF 的電容，用以去耦濾波。 2. SCK 用于微處理器與 SHT10 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 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 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，微處理器應驅(qū)動 DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10k）

16、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 SHT10 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：?SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉為高電平。后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持“000”，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 拉為低電平（ACK位）。在第 9 個 SCK 時鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復高電平）。 （2）測量時序(RH 和 T)： 發(fā)布一組測量

17、命令（00000101表示相對濕度 RH，00000011表示溫度 T）后，控制器要等待測量結束。這個過程需要大約 11/55/210ms，分別對應 8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多有±15%變化。SHTxx 通過下拉 DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結束。控制器在再次觸發(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。 需要通過下拉 DATA 為低電平，uC以確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始

18、，右值有效（例如：對于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個SCK 時鐘起算作 MSB； 而對于 8bit 數(shù)據(jù)， 首字節(jié)則無意義）。用 CRC 數(shù)據(jù)的確認位，表明通訊結束。如果不使用 CRC-8 校驗，控制器可以在測量值 LSB 后，通過保持確認位 ack 高電平， 來中止通訊。在測量和通訊結束后，SHTxx 自動轉入休眠模式。 （3）通訊復位時序： 如果與 SHTxx 通訊中斷，下列信號時序可以復位串口：當 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。這些時序只復位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留。 4、 無線溫度采集組成本設計是基于CC2530

19、的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計。因此，其重點是溫濕度數(shù)據(jù)采集設計的實現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實現(xiàn)無線傳感的軟件支持，軟件支持就是程序編程。實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結構、無線傳感實現(xiàn)原理、CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設計。4.1無線溫度采集系統(tǒng)硬件：嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)設計的硬件部分可以大體有無線傳感基本結構、無線傳感實現(xiàn)原理、以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設計等組成。無線傳感器網(wǎng)絡在設計目標方面是以數(shù)據(jù)為中心的，在無線傳感器網(wǎng)絡中，因為節(jié)點通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境中

20、，所以除了少數(shù)節(jié)點需要移動以外，大部分節(jié)點都是靜止不動的。在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點任意散落，節(jié)點除了需要完成感測特定的對象以外，還需要進行簡單的計算，維持互相之間的網(wǎng)絡連接等功能。并且由于能源的無法替代以及低功耗的多跳通信模式節(jié)，設計無線傳感節(jié)點時，有效的延長網(wǎng)絡的生命周期以及節(jié)點的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡研究的核心問題。無線傳感網(wǎng)絡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器或應用終端。目標、觀測節(jié)點、傳感節(jié)點和感知視場是無線傳感器網(wǎng)絡所包括的4個基本實體對象。大量傳感節(jié)點隨機部署，單個節(jié)點經(jīng)過初始的通信和協(xié)商，通過自組織方式自行配置，形成一個傳輸信

21、息的單跳鏈接或一系列無線網(wǎng)絡節(jié)點組成的網(wǎng)絡，協(xié)同形成對目標的感知。傳感節(jié)點檢測的目標信號經(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)點傳輸?shù)接^測節(jié)點。用戶和遠程任務管理單元則能夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡或Internet等外部網(wǎng)絡，與觀測節(jié)點進行數(shù)據(jù)信息的交互。觀測節(jié)點向網(wǎng)絡發(fā)布查詢請求和控制指令，接收傳感節(jié)點返回的目標信息。 4.1.1無線傳感器節(jié)點模型：圖4.1無線傳感器節(jié)點模型4.2無線溫度采集系統(tǒng)軟件：實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要有zibee技術概述、Zigbee協(xié)議棧整體架構、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡層、AODV路由協(xié)議等幾部分組成。而Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡層主要包括:

22、網(wǎng)絡層概述、網(wǎng)絡層所實現(xiàn)功能、網(wǎng)絡層中常用路由協(xié)議。AODV路由協(xié)議主要包括：協(xié)議概述、協(xié)議的基本原理、AODV路由協(xié)議消息控制幀。4.2.1 ZIGBEE技術概述 Zigbee技術的使用與發(fā)展很大程度上彌補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技術的深入發(fā)展和應用，越來越多的注意力和研究力量將會轉到應用的設計、實現(xiàn)互聯(lián)互通測試和市場的推廣等方面。Zigbee技術的關鍵點是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗的無線網(wǎng)絡。 Zigbee技術的應用前景非常好。Zigbee在未來的幾年里將在工業(yè)無線定位、工業(yè)控制、消費電子、汽車自動化、家庭網(wǎng)絡、樓宇自動化、醫(yī)用設備控制等多個控

23、制領域具有廣泛的應用，特別是工業(yè)控制和家庭自動化，將會成為今后Zigbee芯片的主要應用領域。通常符合以下條件之一的應用，都可以考慮采用Zigbee技術： （1）網(wǎng)點多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點多。 （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：所需檢測點監(jiān)測點多，地形復雜，需要較大的網(wǎng)絡覆蓋面積。 （7）現(xiàn)有移動網(wǎng)絡的覆蓋盲區(qū)。 （8）遙測、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動網(wǎng)絡進行的低數(shù)據(jù)量傳輸。 （9）局部區(qū)域移動目標的定位系統(tǒng)：使用GPS效

24、果差、成本高的。 Zigbee無線傳感網(wǎng)絡主要應用在壓力過程控制數(shù)據(jù)采集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉庫貨物監(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，煤氣抄表等各個領域。這種網(wǎng)絡主要用于無線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡接入，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，實現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡化、無線化。 Zigbee技術是一種應用于各種電子設備之間的無線通信技術，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技術的本質(zhì)，它具有下列特性：低功耗、高度擴展

25、性、可靠性高等。 4.2.2 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：一個數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務，一個管理實體提供管理、維護等服務。每個服務實體通過一個服務接入點（SAP）為其上層提供服務接口，并且每個服務接入點（SAP）提供了一系列的基本服務指令來實現(xiàn)相應的功能。Zigbee協(xié)議棧中包括應以下各個子層： （1）APP（Application Programming）：應用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個目錄中包含了應用層的內(nèi)容和這個項目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務實現(xiàn)的。 （2）HAL（Hardware (H/

26、W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關的配置和驅(qū)動及操作函數(shù)。ZigBee硬件層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從MAC層以硬件層無線信道的接口。在硬件層中，包含一個硬件層管理實體（PLME），該實體通過調(diào)用硬件層的管理功能函數(shù)，為硬件層管理服務提供其接口，同時，還負責維護由硬件層所管理的目標數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含有硬件層個域網(wǎng)絡的基本信息。 （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 庫的函數(shù)接口文件。實現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡信標。2、支持PAN的連接和斷開連接。3、同信標保持同步。4、在對等的MAC實體之間提供一個

27、可靠的通信鏈路。5、處理和維護GTS機制。6、信道接入采用CSMA-CA接入機制。7、支持設備的安全性。介質(zhì)訪問控制層(MAC)幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)，其長度不超過127個字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和命令幀。 （4）MT（Monitor Test）：實現(xiàn)通過串口可控各層，與各層進行直接交互。 （5）NWK（ZigBee Network Layer）：網(wǎng)絡層目錄，含網(wǎng)絡層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡層庫的函數(shù)接口文件，APS 層庫的函數(shù)接口。 （6）OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。 （

28、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)及硬件配置文件。 （14）Output：輸出文件目

29、錄，這個EW8051 IDE 自動生成的。 4.2.3 ZIGBEE協(xié)議棧網(wǎng)絡層 ZigBee網(wǎng)絡層必須提供一定的功能，其主要是提供一些必要的函數(shù)，以保證IEEE 802.15.4-2003ZigBee協(xié)議棧的MAC層能夠正確操作，正常工作，并且為應用層提供一個合適的服務接口。為了和應用層通信，必須向其提供接口，網(wǎng)絡層的概念包括了兩個必要的功能服務實體。它們分別為數(shù)據(jù)服務實體（NLDE）和管理服務實體（NLME）。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體（NLDE）通過網(wǎng)絡層相關的數(shù)據(jù)庫服務接入點（NLDE-SAP）提供數(shù)據(jù)傳輸服務，網(wǎng)絡層管理實體（NLME）通過網(wǎng)絡層相關的管理庫服務接入點（NLME-SAP）提供網(wǎng)絡

30、管理服務，網(wǎng)絡層管理實體利用網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體來獲得一些網(wǎng)絡管理任務，并完成一些網(wǎng)絡的管理工作。并且，網(wǎng)絡層管理實體還維護一個管理對象的數(shù)據(jù)庫，叫做網(wǎng)絡信息庫（NIB），網(wǎng)絡層管理實體完成對網(wǎng)絡信息庫（NIB）的維護和管理。 4.2.4AODV路由協(xié)議 AODV自組織按需請求型距離向量路由協(xié)議（Ad Hoc On Demand Distance Vector,簡稱AODV），AODV采用的是逐跳轉發(fā)分組方式，在每個節(jié)點之間保存了路由請求和路由回答的結果，因此路由的頭部不需要攜帶完整的路由信息，從而提高了協(xié)議的效率。算法旨在多個移動節(jié)點中建立和維護一個自啟動的，動態(tài)的，多跳路由的專屬網(wǎng)絡。它是一種按

31、需的改進的距離向量路由協(xié)議，具有按需路由協(xié)議的特點即在AODV路由協(xié)議中，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點在需要進行通信時才發(fā)送路由分組，而不會周期性地交互路由信息以得到所有其它主機的路由；同時具有距離向量路由協(xié)議的一些特點，即各節(jié)點路由表只維護本節(jié)點到其他節(jié)點的路由，而無需掌握全網(wǎng)拓撲結構。網(wǎng)絡中連接的斷開和異動都會影響網(wǎng)絡的拓撲結構，AODV 使得移動節(jié)點能適時對這種變化做出響應。AODV 的操作是無自環(huán)的，并且由于解決了 Bellman-Ford“無窮計數(shù)”的問題，使得該算法在網(wǎng)絡拓撲變化時能夠快速收斂。當一個連接斷開時，AODV 會告知所有受到影響的節(jié)點，這些節(jié)點會讓用到這個連接的路由失效。AODV

32、的一個顯著特點是它在每個路由表項上使用了目的序列號。目的序列號由目的節(jié)點創(chuàng)建，并且被包含在路由信息中，然后這些路由信息將被回發(fā)到所有向它發(fā)起請求的節(jié)點。目的序列號的使用確保了無回環(huán)，并且易于編程。如果到一個目的有兩條路由可供選擇，那么收到請求的節(jié)點將會選擇序列號最大的那一條。此外，AODV另一個顯著的特點是它加入了組播路由協(xié)議擴展，并支持QOS。它的缺點是：不支持單向信道，原因是AODV協(xié)議基于雙向信道的假設工作，路由回答分組直接沿著路由請求的反方向回到源節(jié)點。 5、 無線溫度采集原理圖圖5.1無線溫度采集原理圖5.1器件選型器件名稱規(guī)格數(shù)量備注網(wǎng)絡節(jié)點cc25301芯片SHT11電阻10電解

33、電容10瓷片電容3晶振1溫度傳感器DS18B201接收模塊315MHz發(fā)送模塊315MHz5.2主要器件參數(shù)規(guī)格說明CC2530 是用于2.4-GHz 、ZigBee 和RF4CE 應用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。CC2530 結合了領先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其它強大的功能。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。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要

34、求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530F256 結合了德州儀器的業(yè)界領先的黃金單元ZigBee 協(xié)議棧（Z-Stack），提供了一個強大和完整的ZigBee 解決方案。CC2530F64 結合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個強大和完整的ZigBee RF4CE 遠程控制解決方案。圖5.2 CC2530功能引腳圖5.3 CC2530特性1.強大無線前端 2.4 GHz IEEE 802.15.4標準射頻收發(fā)器 。出色的接收器靈敏度和抗干擾能力?？删幊梯敵龉β蕿?.5 dBm，總體無線連接102dbm。極少量的外部元件。 支持運

35、行網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)，只需要一個晶體。6毫米× 6毫米的QFN40封裝 。適合系統(tǒng)配置符合世界范圍的無線電頻率法規(guī)：歐洲電信標準協(xié)會ETSI EN300 328和EN 300 440 （歐洲），F(xiàn)CC的CFR47第15部分（美國）和ARIB STD-T-66 （日本）。 2.低功耗 接收模式：24毫安 。發(fā)送模式1dBm：29毫安 。功耗模式1（4微秒喚醒）：0.2毫安 。功率模式2（睡眠計時器運行）：1微安 。功耗模式3（外部中斷）：0.4微安 。寬電源電壓范圍（ 2 V3.6V）。 3.微控制器 高性能和低功耗8051微控制器內(nèi)核。 32 /64

36、/ 128 /或256 /kB系統(tǒng)可編程閃存。 8 KB的內(nèi)存保持在所有功率模式。 硬件調(diào)試支持。 4.外設強大五通道DMA。 IEEE 802.15.4標準的MAC定時器，通用定時器（一個16位，2個8位）。 紅外發(fā)生電路。 32KHZ的睡眠計時器和定時捕獲。 CSMA/CA硬件支持。 精確的數(shù)字接收信號強度指示/ LQI支持。 電池監(jiān)視器和溫度傳感器。 8通道 12位ADC在，可配置分辨率。AES加密安全協(xié)處理器。 兩個強大的通用同步串口。 21個通用I / O引腳?？撮T狗定時器。

37、 5.應用 2.4 GHz IEEE 802.15.4標準系統(tǒng)。 RF4CE遙控控制系統(tǒng)（ 需要大于64 KB）。 ZigBee系統(tǒng)/樓宇自動化 。照明系統(tǒng) 。工業(yè)控制和監(jiān)測 。低功率無線傳感器網(wǎng)絡 。消費電子 。健康照顧和醫(yī)療保健 。 6、 無線溫度采集系統(tǒng)流程圖圖6.1軟件設計流程圖7、 系統(tǒng)控制程序發(fā)射芯片U1： #include<reg51.h> #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit pin_1820=P17; bit flag,f; uchar temp,temp

38、df,tempint; void delay(unsigned int i) unsigned int j; for(;i>0;i-) for(j=0;j<125;j+) void init_scom() SCON=0x50; TMOD|=0x20; PCON|=0x80; TH1=0xFA; IE=0x90; TR1=1; void send_char(uchar tempint) SBUF=tempint; while(TI=0); TI=0; void set_ds1820() while(1) uchar delay; flag=0; pin_1820=1; delay=1

39、; while(-delay); pin_1820=0; delay=250; while(-delay); pin_1820=1; delay=30; while(-delay); while(!pin_1820) delay=120; while(-delay); if(pin_1820) flag=1; break; if(flag) delay=240; while(-delay); break; void write_ds1820(uchar command) uchar delay,i; for(i=8;i>0;i-) pin_1820=0; delay=6; while(-

40、delay); pin_1820=command&0x01;delay=25; while(-delay); command=command>>1; pin_1820=1; void read_ds1820() uchar delay,i,j,k,temp,temph,templ; j=2; do for(i=8;i>0;i-) temp>>=1; pin_1820=0; delay=1; while(-delay); pin_1820=1; delay=4; while(-delay); if(pin_1820)temp|=0x80; delay=25;

41、 while(-delay); if(j=2)templ=temp; else temph=temp; while(-j); f=0; if(temph&0xf8)!=0x00) f=1; temph=temph; templ=templ; k=templ+1; templ=k; if(k>255) temph+; tempdf=templ&0x0f; templ>>=4; temph<<=4;tempint=temph|templ; void get_temperature() set_ds1820(); write_ds1820(0xcc); write_ds1820(0x44); set_ds1820(); write_ds1820(0xcc); write_ds1820(0xbe); read_ds1820(); void main() init_scom(); while(1) get_temperature(); send_char(tempint