基于Zigbee的無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、 單位代碼： 005 分 類 號(hào)： tp 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 基于zigbee的無線溫度采集 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 畢業(yè)時(shí)間： 二一三年六月 基于zigbee的無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為基于stc89c52利用zigbee無線通訊技術(shù)完成的溫度無線采集系統(tǒng)。溫度傳感器采集來的數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)做數(shù)據(jù)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(jīng)過zigbee接收模塊接收數(shù)據(jù)，再通過單片機(jī)做數(shù)據(jù)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。關(guān)鍵詞：zigbee；stc8

2、9c52；無線溫度采集；wireless temperature acquisition system based on zigbeeabstract：the design for the stc89c52 using zigbee wireless communication technology to complete the wireless temperature acquisition system based on. the data collected by temperature sensor, and uses the wireless transmission module

3、 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 through the display screen, so as to complete the wireless acquisi

4、tion temperature.key words: zigbee；stc89c52；wireless temperature acquisition目 錄1 概述41.1 選題背景41.2 選題研究的目的和意義42 方案選擇42.1傳感器的選擇52.2主控部分的選擇52.3系統(tǒng)整體介紹63 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1傳感器ds18b20溫度傳感器63.2 zigbee協(xié)議73.2.1 zigbee概述73.2.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)103.2.3工作模式103.2.4 zigbee 無線組網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信103.3cc2530芯片113.3.1 cc2530概述113.3.2 cc2530 芯片

5、的主要特點(diǎn)123.4 stc89c52單片機(jī)的介紹123.5 12864液晶顯示154 主程序的設(shè)計(jì)154.1.系統(tǒng)測(cè)試164.1.1系統(tǒng)測(cè)試步驟164.1.2 系統(tǒng)的硬件測(cè)試、協(xié)議棧的測(cè)試、液晶的測(cè)試164.1.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析175 總結(jié)17參考文獻(xiàn)18致 謝191 概述1.1 選題背景溫度是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，采用微型機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。伴隨工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫度測(cè)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(cè)環(huán)境范圍大,測(cè)點(diǎn)距離

6、遠(yuǎn),布線很不方便。這時(shí)就要采用無線方式對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。1.2 選題研究的目的和意義無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照傳輸范圍來劃分，可分為無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和無線個(gè)人域網(wǎng)。無線個(gè)人域網(wǎng)即短距離無線網(wǎng)絡(luò)，典型的短距離無線傳輸技術(shù)有：藍(lán)牙（bluetooth）、zigbee、wifi等。在工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化和遙測(cè)遙感領(lǐng)域，藍(lán)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(wǎng)的節(jié)點(diǎn)少。wifi雖然傳輸速度較快，傳輸距離達(dá)到100米，但是其價(jià)格偏高，功耗較大，組網(wǎng)能力較差。相比之下zigbee技術(shù)具有低成本、低功耗、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段

7、等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于智能家庭、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用等領(lǐng)域。2 方案選擇溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、a/d 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。這樣，由于各種因素會(huì)造成檢測(cè)系統(tǒng)較大的偏差；又因?yàn)闄z測(cè)環(huán)境復(fù)雜、測(cè)量點(diǎn)多、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)及各種干擾的影響，會(huì)使檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降 。所以溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。

8、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(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。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(hào)，必須經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī)，這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另外，這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器，不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案三：采用數(shù)字溫度傳感器ds18b20測(cè)量溫度，輸出信號(hào)全數(shù)字化。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測(cè)溫方法的很多外圍電路。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做

9、工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線性度較好。在0100攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于1攝氏度。ds18b20的最大特點(diǎn)之一采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸，由數(shù)字溫度計(jì)ds1820和微控制器stc89c52構(gòu)成的溫度測(cè)量裝置，它直接輸出溫度的數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)連接。這樣，測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡(jiǎn)單，體積也不大。采用溫度芯片ds18b20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡(jiǎn)潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)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(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。2.2主控部分的選擇方案一：采用

10、stc89c52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。可以單獨(dú)對(duì)多ds18b20控制工作，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，組成溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外stc89c52在工業(yè)控制上也有著廣泛的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。方案二：使用msp430作控制器，德州儀器 (ti) 的超低功率16位risc 混合信號(hào)處理器msp430產(chǎn)品系列為電池供電測(cè)量應(yīng)用提供了最終解決方案。作為混合信號(hào)和數(shù)字技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，ti創(chuàng)新生產(chǎn)的msp430，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在保持獨(dú)一無二的低功率的同時(shí)同步連接至模擬信號(hào)、

11、傳感器和數(shù)字組件。但在溫度采集和實(shí)施控制這個(gè)重要的場(chǎng)合低功耗相對(duì)來說顯得就不是那么重要了，而應(yīng)該考慮它的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)比stc89c52能夠在性能和資源都可以到達(dá)一個(gè)最佳的狀態(tài)，可以避免用msp430的不必要的資源浪費(fèi)。綜上，我們傳感器采用方案三，控制器采用方案一。2.3系統(tǒng)整體介紹本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的無線溫度采集系統(tǒng)以stc89c52單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器、單片機(jī)、zigbee無線模塊，完成對(duì)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊完成了i/o口數(shù)據(jù)與串口數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，再通過無線發(fā)送與接收模塊完成數(shù)據(jù)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

12、器所采集的溫度值。系統(tǒng)框圖如下所示：stc89c52單片機(jī)ds18b20采集溫度zigbee發(fā)送模塊stc98c52單片機(jī)zigbee接收模塊12864顯示溫度圖2-1溫度采集系統(tǒng)框圖3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器ds18b20溫度傳感器ds18b20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有l(wèi)tm8877，ltm8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。封裝后的ds18b20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝

13、形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。ds18b20的主要特性：1、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5v，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；2、獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊；3、ds18b20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；4、ds18b20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；5、溫范圍55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5；6、可編程 的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0

14、.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；7、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；8、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一 線總線串行傳送給cpu，同時(shí)可傳送crc校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；9、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)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(wǎng)通信技術(shù)。zigbee協(xié)議是基于ieee

15、 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)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(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3-2。應(yīng)用層（含應(yīng)用接口層）用戶安全層 zigbee聯(lián)盟 網(wǎng)絡(luò)層mac層ieee 802.15.4 物理層圖3-2 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)zigbee協(xié)議由物理層(phy)、介質(zhì)訪問控制子層(mac)、網(wǎng)絡(luò)層(nwk)，應(yīng)用層(apl)及安全服務(wù)提供層(ssp)五塊內(nèi)容組成。其中phy

16、層和mac層標(biāo)準(zhǔn)由ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義，mac層之上的nwk層，apl層及ssp層，由zigbee聯(lián)盟的zigbee標(biāo)準(zhǔn)定義。apl層由應(yīng)用支持層(aps)，應(yīng)用框架(af)以及zigbee設(shè)備對(duì)象(zdo)及zdo管理平臺(tái)組成。phy層定義了無線射頻應(yīng)該具備的特征，提供了868mhz-868.6mhz、902mhz-928mhz和2400mhz-24835mhz三種不同的頻段，分別支持20kbps、40kbps和250kbps的傳輸速率，1個(gè)、10個(gè)以及16個(gè)不同的信道。zigbee的傳輸距離與輸出功率和環(huán)境參數(shù)有關(guān)，一般為10100米之間。phy層提供兩種服務(wù)：phy層數(shù)據(jù)服

17、務(wù)和phy層管理服務(wù)，phy層數(shù)據(jù)服務(wù)是通過無線信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(ppdu)，phy層的特性是激活和關(guān)閉無線收發(fā)器、能量檢測(cè)、鏈路質(zhì)量指示、空閑信道評(píng)估、通過物理媒介接收和發(fā)送分組數(shù)據(jù)。mac層使用csma-ca沖突避免機(jī)制對(duì)無線信道訪問進(jìn)行控制，負(fù)責(zé)物理相鄰設(shè)備問的可靠鏈接，支持關(guān)聯(lián)(association)和退出關(guān)聯(lián)(disassociation)以及mac層安全。mac層提供兩種服務(wù)：mac層數(shù)據(jù)服務(wù)和mac層管理服務(wù)，mac層數(shù)據(jù)服務(wù)通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收mac層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(mpdu)。mac層的主要功能是：進(jìn)行信標(biāo)管理、信道接入、保證時(shí)隙(gts)管理、幀確認(rèn)

18、應(yīng)答幀傳送、連接和斷開連接。nwk層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址分配，組網(wǎng)管理，消息路由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護(hù)等功能。nwk層主要是為了確保正確地操作ieee 802.15.42003mac子層和為應(yīng)用層提供服務(wù)接口。nwk層從概念上包括兩個(gè)服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體。nwk層的責(zé)任主要包括加入和離開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用到的機(jī)制、應(yīng)用幀安全機(jī)制和他們的目的地路由幀機(jī)制，zigbee協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。zigbee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(aps子層)、應(yīng)用框架(af)和zigbee設(shè)備對(duì)象(zdo)。aps子層負(fù)責(zé)建立和維護(hù)綁定表，綁定表主要根據(jù)設(shè)備之間的服務(wù)和他們的需求使設(shè)備相互配對(duì)。zigb

19、ee的應(yīng)用框架(af)為各個(gè)用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象提供了模板式的活動(dòng)空間，并提供了鍵值對(duì)(kvp)服務(wù)和報(bào)文(msg)服務(wù)供應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸使用。一個(gè)設(shè)備允許最多240個(gè)用戶自定義應(yīng)用對(duì)象，分別指定在端點(diǎn)l至端點(diǎn)240上。zdo可以看成是指配到端點(diǎn)o上的一個(gè)特殊的應(yīng)用對(duì)象，被所有zigbee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象調(diào)用的一個(gè)功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。zdo負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(例如是zigbee協(xié)調(diào)器或者zigbee終端設(shè)備)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備和決定他們提供哪種應(yīng)用服務(wù)，發(fā)現(xiàn)或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立可靠的關(guān)聯(lián)。安全服務(wù)提供者ssp(security s

20、ervice provider)向nwk層和aps層提供安全服務(wù)。zigbee協(xié)議層與層之間是通過原語進(jìn)行信息的交換和應(yīng)答的。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù)sap(service access point)和管理sap(service access point)。數(shù)據(jù)服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)，管理服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制。3.2.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)zigbee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(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（coordinator）、路由器(router)和終端節(jié)

21、點(diǎn)（end device）。節(jié)點(diǎn)類型是網(wǎng)絡(luò)層的概念，反映了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?。zigbee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)洹湫屯負(fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)洹?.2.3工作模式zigbee網(wǎng)絡(luò)的工作模式可以分為信標(biāo)(beacon)模式和非信標(biāo)(non-beacon)模式兩種。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(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)。在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)以一定的間隔時(shí)間(一般在15ms-4mins之間)向網(wǎng)絡(luò)廣播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間有16個(gè)相同的時(shí)槽，這些時(shí)槽分為網(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

22、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。網(wǎng)絡(luò)中所有的父節(jié)點(diǎn)需要為自己的子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有子節(jié)點(diǎn)的大多數(shù)時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，周期性的醒來與父節(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。3.2.4 zigbee 無線組網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信zigbee通信協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)通過在不同層上的特定服務(wù)來完成所要執(zhí)行的各種任務(wù)。本系統(tǒng)采用ti 提供的zigbee2006 協(xié)議棧z-stack,在ieee 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)物

23、理層(phy)和媒體訪問控制層(mac)基礎(chǔ)上增加了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和安全服務(wù)規(guī)范,是一種較好的無線傳感網(wǎng)絡(luò)組建方案。zigbee 設(shè)備類型按網(wǎng)絡(luò)功能分為三種:協(xié)調(diào)器、路由器、終端。由于本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所以只存在協(xié)調(diào)器和終端兩種設(shè)備。本系統(tǒng)中主節(jié)點(diǎn)被初始化為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息, 存儲(chǔ)容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。它的功能是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、收發(fā)信息。從節(jié)點(diǎn)被初始化為無信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備。上電復(fù)位后,即開始搜索指定信道上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,并發(fā)出連接請(qǐng)求。建立連接成功后,數(shù)據(jù)從括從節(jié)點(diǎn)編號(hào),cc2530的i/o口編號(hào)以及此溫度傳感器的編號(hào),

24、后2個(gè)字節(jié)為溫度采集數(shù)據(jù)。主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 把從節(jié)點(diǎn)上的溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集值進(jìn)行轉(zhuǎn)換,得到實(shí)際的溫度值,然后發(fā)送給上溫度顯示部分。3.3cc2530芯片3.3.1 cc2530概述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(chǔ)的2.4ghzism波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4ghz dsss(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。 圖3-3 cc2530引腳排列圖cc2530包括了1個(gè)高性能的2.4 ghz dsss（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和

25、1個(gè)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adc、定時(shí)器、睡眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路和21個(gè)可編程i/o引腳，這樣很容易實(shí)現(xiàn)通信模塊的小型化。cc2530是一款功耗相當(dāng)?shù)偷膯纹瑱C(jī)，功耗模式3下電流消耗僅0.2a，在32 k晶體時(shí)鐘下運(yùn)行，電流消耗小于1a。3.3.2 cc2530 芯片的主要特點(diǎn)cc2530 芯片延用了以往cc2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了zigbee 射頻(rf)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位mcu（8051），具有128 kb 可編程閃存和8 kb 的ram，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)、幾個(gè)

26、定時(shí)器（timer）、aes128協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（watchdog timer）、32 khz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(power on reset)、掉電檢測(cè)電路(brown out detection)，以及21 個(gè)可編程i/o 引腳。 cc2530 芯片采用0.18 m cmos 工藝生產(chǎn)；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(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。 3.4 stc89c52單片機(jī)的介紹stc89c52是stc公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在

27、系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。stc89c52使用經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），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

28、模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35mhz，6t/12t可選。各引腳功能，p0口：p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口：p1 口是一個(gè)

29、具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)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(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能:p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出。p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）。p1.5 miso（在線系

30、統(tǒng)編程用）。p1.6 miso（在線系統(tǒng)編程用）。p1.7 sck（在線系統(tǒng)編程用）。p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr） 時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash

31、編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)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(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳 第二功能：p3.0 rxd(串行輸入口)。p3.1 txd(串行輸出口)。p3.2 int0(外中斷0)。p3.3int1(外中斷1)。p3.4 t0(定時(shí)

32、/計(jì)數(shù)器0)。p3.5 t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)。p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)。p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yàn)的控制信號(hào)。rst復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ale/prog當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（pro

33、g）。 如有必要，可通過對(duì)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(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置a禁止位無效。psen程序儲(chǔ)存允許（psen）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)stc89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次psen信號(hào)。ea/vpp外部訪問允許，欲使cpu僅訪問外部程序存儲(chǔ)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(fù)

34、位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vcc，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vcc。圖3-4stc89c52引腳圖3.5 12864液晶顯示12864是128*64點(diǎn)陣液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡(jiǎn)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(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ascii字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操

35、作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。因此，現(xiàn)在大多用戶都采用此液晶顯示。4 主程序的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，即發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分完成溫度的數(shù)據(jù)采集和處理后發(fā)射數(shù)字信號(hào)；接收部分完成數(shù)字信號(hào)接收后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。2、芯片工作前進(jìn)行相應(yīng)的初始化操作，并繪制總體流程圖。結(jié)束數(shù)據(jù)處理接受完成？否a/d轉(zhuǎn)換是/d轉(zhuǎn)換否a/d轉(zhuǎn)換是/d轉(zhuǎn)換單片機(jī)接收無線接收是

36、/d轉(zhuǎn)換是/d轉(zhuǎn)換否a/d轉(zhuǎn)換發(fā)射完成？無線發(fā)射模塊數(shù)據(jù)采集單片機(jī)處理開始初始化否a/d轉(zhuǎn)換 圖4-1軟件設(shè)計(jì)流程圖4.1.系統(tǒng)測(cè)試4.1.1系統(tǒng)測(cè)試步驟1、檢查開發(fā)板電源、串口線以及外擴(kuò)設(shè)備連接是否正常。2、下載協(xié)調(diào)器代碼到開發(fā)系統(tǒng)的表演板。3、用串口調(diào)試助手觀察協(xié)議棧運(yùn)行是否正常。4.1.2 系統(tǒng)的硬件測(cè)試、協(xié)議棧的測(cè)試、液晶的測(cè)試系統(tǒng)的硬件測(cè)試包括對(duì)開發(fā)平臺(tái)的電源、內(nèi)存、led燈、串口，以及配套電路進(jìn)行測(cè)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(diào)器模塊到表演板、節(jié)點(diǎn)模塊到電池板后，程序運(yùn)行正確，從串口能正確接收到節(jié)點(diǎn)的地址以及所采集到的溫度。打開液晶顯示模塊軟件，從串口讀入

37、當(dāng)前溫度值，能夠?qū)崟r(shí)顯示溫度。4.1.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)軟硬件均工作正常，實(shí)現(xiàn)了需求中的絕大部分功能。網(wǎng)絡(luò)功能方面，充分發(fā)揮了zigbee的強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)健壯。測(cè)試中，溫度傳感器采集的是室溫，所測(cè)得的溫度值與室溫基本一致。上位機(jī)也順利的顯示出所采集的溫度。總體上，本設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo)和要求。5 總結(jié)本文詳細(xì)介紹了基于zigbee的溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)中將系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。通過cc2530芯片搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并采集節(jié)點(diǎn)的溫度值。所采集到的數(shù)據(jù)值通過zigbee無線模塊傳輸?shù)斤@示部分。顯示部分通過vc+6.0編寫，用12864液晶屏將采集到的溫度實(shí)時(shí)顯示出來。由于本