基于zigbee的環(huán)境監(jiān)測參考模板

1、 目 錄一、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測設(shè)計背景1二、設(shè)計系統(tǒng)硬件的選擇22.1zigbee芯片的選擇22.2傳感器的選擇22.2.1溫濕度傳感器22.2.2光敏傳感器的選擇3三、系統(tǒng)實驗開發(fā)平臺的搭建53.1硬件平臺53.2軟件平臺6四、實驗操作步驟及結(jié)果74.1操作步驟74.2結(jié)果顯示8總結(jié)與致謝9參考文獻(xiàn)10附 錄11I / 21一、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測設(shè)計背景近年來，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及人們對于環(huán)境保護(hù)和環(huán)境監(jiān)督提出的更高要求，越來越多的企業(yè)和機構(gòu)都致力于在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。通過在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)布署大量的廉價微型傳感器節(jié)點，經(jīng)由無線通信方式形成一個多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實

2、現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的信息的采集量化、處理融合和傳輸應(yīng)用。與傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測手段相比，使用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測有三個顯著的優(yōu)勢：一是網(wǎng)絡(luò)的自組性提供了廉價而且快速部署網(wǎng)絡(luò)的可能；二是現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)可通過中間節(jié)點進(jìn)行(路由)傳送，在不增加功耗和成本的前提下，可將系統(tǒng)性能提高一個數(shù)量級；三是網(wǎng)絡(luò)的健壯性、抗毀性滿足了某些特定應(yīng)用的需求。將設(shè)備數(shù)據(jù)采集之后再通過無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸是ZigBee技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中的一種應(yīng)用，這種新興的技術(shù)必將給工廠現(xiàn)代化注入新的活力。 ZigBee技術(shù)填補了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空白，其使用的便捷性是該技術(shù)成功的關(guān)鍵，它適用于短

3、距離小范圍的基于無線通信的控制領(lǐng)域，必將在工業(yè)自動化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)相對成熟，將它重新構(gòu)建于ZigBee網(wǎng)絡(luò)平臺之上，將成熟技術(shù)的穩(wěn)定性和新技術(shù)的便捷性充分結(jié)合起來，這種結(jié)合對于工業(yè)現(xiàn)場十分必要。減少了在某些場所有線網(wǎng)絡(luò)布線以及工人人工采集數(shù)據(jù)的不便，同時可以方便的于各種傳感器搭配用于不同的場合。二、設(shè)計系統(tǒng)硬件的選擇2.1zigbee芯片的選擇ZigBee新一代 SOC芯片CC2530是真正的片上系統(tǒng)解決方案，支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)/ZigBee/ZigBee RF4CE 和能源的應(yīng)用。擁有龐大的快閃記憶體多達(dá) 256個字節(jié)，CC2530是理想ZigBee專

4、業(yè)應(yīng)用。支持新 RemoTI的ZigBee RF4CE，這是業(yè)界首款符合ZigBee RF4CE兼容的協(xié)議棧，和更大內(nèi)存大小將允許芯片無線下載，支持系統(tǒng)編程。此外，CC2530結(jié)合了一個完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個8051微處理器，8kB的RAM，32/64/128/256KB閃存，以及其他強大的支持功能和外設(shè)。CC2530提供了101dB的鏈路質(zhì)量，優(yōu)秀的接收器靈敏度和健壯的抗干擾性，四種供電模式，多種閃存尺寸，以及一套廣泛的外設(shè)集包括2個USART、12位ADC和21個通用GPIO，以及更多。除了通過優(yōu)秀的RF性能、選擇性和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)增強8051MCU內(nèi)核，支持一般的低功耗無線通信，

5、CC2530還可以配備TI的一個標(biāo)準(zhǔn)兼容或?qū)Ｓ械木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（RemoTI,Z-Stack,或SimpliciTI）來簡化開發(fā)，使你更快的獲得市場。CC2530可以用于的應(yīng)用包括遠(yuǎn)程控制、消費型電子、家庭控制、計量和智能能源、樓宇自動化、醫(yī)療以及更多領(lǐng)域。2.2傳感器的選擇 本課程設(shè)計主要主要完成對光、溫濕度的監(jiān)測，所以需要選擇光傳感器和溫濕度傳感器。2.2.1溫濕度傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，

6、并與一個高性能8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。使用4 針單排引腳封裝。圖1溫濕度模塊與cc2530部分接口電路2.2.2光敏傳感器的選擇 光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。

7、光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。圖2光敏模塊與cc2530部分借口模塊三、系統(tǒng)實驗開發(fā)平臺的搭建3.1硬件平臺 聯(lián)創(chuàng)中控ZigBee 開發(fā)套件是一組包含無線節(jié)點（支持四種核心板：CC2530 核心板、STM32W108 核心板、WIFI 核心板、藍(lán)牙核心板）、傳感器、各種配件及相關(guān)調(diào)試工具的硬件板卡，廣泛運用于聯(lián)創(chuàng)中控的“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實驗平臺”、“Android 3G 物聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實驗平臺”、“IPv6 物聯(lián)網(wǎng)下一代互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)科研平臺”等無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實驗平臺。圖3主要模塊實物

8、圖3.2軟件平臺 IAR Embedded Workbench(簡稱 EW)的C/C+交叉編譯器和調(diào)試器是目前為止是業(yè)界較易使用和較完整的的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。EW 對不同的微處理器提供了統(tǒng)一的直觀用戶界面。EW 今天已經(jīng)可以支持35種以上的8位/16位/32位的各種微處理器結(jié)構(gòu)。EW包括：嵌入式C/C+優(yōu)化編譯器，編輯器，連接定位器，匯編器，庫管理員，C-SPY 調(diào)試器中和項目管理器。使用IAR的編譯器可以得到較緊湊簡介的代碼，從而節(jié)省硬件資源，最終得以最大限度地降低產(chǎn)品的成本，從而以提高產(chǎn)品的競爭力。 EW8051&

9、#160;目前是IAR公司發(fā)展較快的產(chǎn)品，EW8051 已經(jīng)發(fā)展到了8系列版本，并且在同類產(chǎn)品中具有明顯價格優(yōu)勢。其編譯器可以對一些SOC 芯片進(jìn)行專門的優(yōu)化. 如Atmel,TI,ST,Philips。除了EW MCS-51標(biāo)準(zhǔn)版外，IAR 公司還專門為ARM、MP430等微處理器開發(fā)出專門的版本，方便了不同客戶的需求。IAR System是嵌入式領(lǐng)域唯一能夠提供這種解決方案的公司。EW支持35種以上的8位/16位/32位的微處理器結(jié)構(gòu)。它配合TI公司的仿真器可以直接將程序下載到CC2530中。圖4 IAR軟件界面圖四、實驗操作步驟

10、及結(jié)果4.1操作步驟1. 準(zhǔn)備好帶有光敏傳感器的CC2530 射頻板，設(shè)置節(jié)點板跳線為模式一，將CC2530 仿真器連接到該CC2530 射頻板上，接上出廠電源。2.上電CC2530 節(jié)點板，然后按下連接好的CC2530 仿真器的復(fù)位按鍵；接下來點擊IAR 菜單Project->Download and debug，將光敏傳感器發(fā)送程序下載程序到CC2530 射頻板上。3. 準(zhǔn)備好帶有溫濕度傳感器的CC2530 射頻板，接下來點擊IAR 菜單Project->Download and debug，將溫濕度傳感器發(fā)送程序下載程序到CC2530 射頻板上。4. 將接受程序下載到cc25

11、30射頻板上。4.2結(jié)果顯示 在PC 上打開超級終端或串口調(diào)試助手，設(shè)置波特率為19200，8 數(shù)據(jù)位，1 停止位，無硬件流控。觀察PC 機串口中輸出的光、溫度、濕度實驗數(shù)據(jù)。圖5試驗箱結(jié)果圖6實驗結(jié)果總結(jié)與致謝 這次課程設(shè)計是我們在大學(xué)期間最后的一次實踐學(xué)習(xí)，是四年學(xué)習(xí)的一個總結(jié)，也是我們學(xué)習(xí)成果的具體體現(xiàn)。所以我們做課程設(shè)計必須有一個良好的態(tài)度，認(rèn)真地對待，只有這樣才可以學(xué)到更多的專業(yè)知識，為將來的工作做好各個方面準(zhǔn)備。  首先要感謝帶我課程設(shè)計的龐丹丹老師，龐丹丹以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度要求我們，不馬虎，不以完成課程設(shè)計為目的，以讓學(xué)生在課程設(shè)計中真正的能學(xué)到東西為目的。為了讓設(shè)計能順利的

12、完成，龐老師花費大量時間與我們交流，她對問題的獨到見解使我受益匪淺，每次與她討論問題總會有所收獲。  其次要感謝我的同學(xué)們，感謝他們在課程設(shè)計的過程中給我的幫助。沒有他們的幫助，我也不可能很好地完成本次設(shè)計任務(wù)。同時感謝從我進(jìn)入大學(xué)以來，學(xué)校所有在學(xué)習(xí)和生活方面對我關(guān)心的老師。參考文獻(xiàn)1期刊：張娟，劉立人，周煜等. 一種新型的光交錯復(fù)用器的設(shè)計J. 光學(xué)學(xué)報, 2003,23(12):142414282專著：金國藩，李景鎮(zhèn).激光測量學(xué)M. 北京：科學(xué)出版社,1998.162165.3學(xué)位論文： 張景. 激光二極管微振動傳感器及其在肌肉振顫測量中的應(yīng)用D. 武漢：華中科技大學(xué), 200

13、0. 2130.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：National Standardization Technical Committee. GB 31003102-93. Quantities and Units GB31003102-93S. Beijing: China Standard Press,1994.5 李戰(zhàn)明,劉寶,駱東松.Zigbee技術(shù)規(guī)范與協(xié)議棧分析J.信息化縱橫,2009,05:12-16. 6 黃建華.基于ZigBee2006的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)D.西安電子科技大學(xué),2009年. 7 馬新濤.基于Zigbee技術(shù)的無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計D.中

14、國海洋大學(xué),2010年. 8 張杰,涂巧玲,楊文剛.傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信模塊的低功耗研究J.傳感器與微系統(tǒng),2009,09:42-45. 9 郭棟,秦明芝,王偉敏.基于CC2430的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)J.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2011,01:12-15. 附錄附件1：圖7程序流程圖圖8系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖附件2主要程序：溫濕度傳感器發(fā)送代碼：#include <iocc2530.h>#include "hal_mcu.h"#include "hal_assert.h"#include "

15、hal_board.h"#include "hal_rf.h"#include "basic_rf.h"#include <stdio.h>#define RF_CHANNEL 25 / 2.4 GHz RF channel#define PAN_ID 0x2007#define SEND_ADDR 0x2531#define RECV_ADDR 0x2520static basicRfCfg_t basicRfConfig;void rfSendData(void) uint8 data32 = 0; uint8 ret; uns

16、igned char temp,hum; / Keep Receiver off when not needed to save power basicRfReceiveOff(); / Main loop while (TRUE) dht11_update(&temp,&hum); /獲取溫度、濕度值 sprintf(data,"temp=%d,hum=%drn",temp,hum); ret = basicRfSendPacket(RECV_ADDR, data, strlen(data); /將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收節(jié)點 if (ret = SUCCESS)

17、/若發(fā)送成功，則D7閃爍一次 hal_led_on(1); halMcuWaitMs(100); hal_led_off(1); halMcuWaitMs(900); /通過改變延時函數(shù)的參數(shù)，可以改變數(shù)據(jù)采集的頻率 else hal_led_on(1); halMcuWaitMs(1000); hal_led_off(1); void main(void) halMcuInit(); /時鐘初始化 hal_led_init(); /LED燈初始 dht11_io_init(); /溫濕度傳感器引腳初始化 hal_uart_init(); /串口初始化 if (FAILED = halRfIn

18、it() /無線模塊硬件初始化 HAL_ASSERT(FALSE); / Config basicRF basicRfConfig.panId = PAN_ID; basicRfConfig.channel = RF_CHANNEL; basicRfConfig.ackRequest = TRUE; / Initialize BasicRF basicRfConfig.myAddr = SEND_ADDR; if(basicRfInit(&basicRfConfig)=FAILED) /設(shè)置無線模塊PAN_ID、信道、節(jié)點地址。 HAL_ASSERT(FALSE); rfSendDat

19、a(); /發(fā)送數(shù)據(jù)接收程序：#include <iocc2530.h>#include "hal_mcu.h"#include "hal_assert.h"#include "hal_board.h"#include "hal_rf.h"#include "basic_rf.h"#include <stdio.h>#define RF_CHANNEL 25 / 2.4 GHz RF channel#define PAN_ID 0x2007#define RECV_ADDR 0x2520static basicRfCfg_t basicRfConfig;void rfRecvData(v