電子信息專業(yè)畢業(yè)論文基于CC2530溫濕度采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CC2530溫濕度采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)XXXX大學(xué)XX學(xué)院20XX年6月本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于CC2530溫濕度采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院（系）：XX大學(xué)XX學(xué) 專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名： XX學(xué)號(hào)：_xx指導(dǎo)教師： XX答辯日期：20XX年6月XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：XX學(xué)院系級(jí)教學(xué)單位：電子工程系學(xué) 號(hào)XX2心專業(yè) 班級(jí)電子信息工程2 班題 目題目名稱基于CC2530溫濕度釆集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)題目性質(zhì)1. 理工類：工程設(shè)計(jì)（J ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（）：理論研究型（）；計(jì)算機(jī)軟件型（）：綜合型（）2. 管理類（）：3.外語(yǔ)類（）：4.藝術(shù)類

2、（）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（J ）2.論文（）題目來(lái)源科研課題（）生產(chǎn)實(shí)際（）自選題目（J ）主 要 內(nèi) 容本次的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)下位機(jī)（主要是CC2530）采集當(dāng)前環(huán)境的溫濕度， 采集后通過(guò)乙gBuc無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收數(shù)據(jù)后，把數(shù) 據(jù)傳到上位機(jī)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)軟件上的文本框，并把 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)折線顯示，并且還可以白動(dòng)或者手動(dòng)的發(fā)送指令來(lái)控制下位機(jī) 的狀態(tài)。基 本 要 求通過(guò)本次的設(shè)計(jì)后，對(duì)zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有一定的了解，對(duì)上位機(jī)軟件 操作有一定的編寫能力。參考資料1 ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)王小強(qiáng)，歐陽(yáng)駿，黃寧淋編著2 ZigBee無(wú)線網(wǎng)

3、絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)戰(zhàn)李文仲，北京航空航天大學(xué)出版社3 ZigBee2007/pro協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐李文仲，北京航空航天大學(xué)出版社周次第1 4周第58周第912周第1316周第1718周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱文獻(xiàn) 方案設(shè)計(jì)編寫代碼軟件測(cè)試軟件聯(lián)調(diào)撰寫論文 準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：XX職稱：教授20XX年3月1號(hào)系級(jí)教學(xué)單位審批：胡正平20XX年3月1號(hào)摘要摘要ZigBee,國(guó)內(nèi)稱之為“紫蜂”，是一種廉價(jià)的低功耗近距離無(wú)線組網(wǎng)通 信技術(shù)，具有低功耗、低成本、低速率、短延時(shí)、高網(wǎng)絡(luò)容量等特點(diǎn)。目前, ZigBee技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域。首先，本設(shè)計(jì)意在通過(guò)ZigBee無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)， 所用

4、處理器為cc2530這款單片機(jī)，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)加入該網(wǎng) 絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度和濕度數(shù)據(jù)采集和分析，可以應(yīng)用于工業(yè)控制或者農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)中對(duì)溫度的檢測(cè)和控制，避免了有線網(wǎng)絡(luò)的布線問(wèn)題和成本問(wèn)題。其次，上位機(jī)由Visual Basic語(yǔ)言編寫完成，ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的終端 設(shè)備通過(guò)采集當(dāng)?shù)氐臏貪穸葦?shù)據(jù)，通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié) 調(diào)器再把數(shù)據(jù)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，上位機(jī)顯示溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)以折 線的方式實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，同時(shí)上位機(jī)還可以自動(dòng)或者手動(dòng)發(fā)送指令來(lái)控制 下位機(jī)（終端設(shè)備和協(xié)調(diào)器）。最后，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)聯(lián)調(diào)成功后，進(jìn)行畢業(yè)答辯演示。關(guān)鍵詞zigbee; cc25

5、30;無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò);溫濕度的采集IXX大學(xué)XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractZigBee, domestic call this HpuipleV is a kind of cheap low power short distance wireless network conununication technology, with low power consumption, low cost, low rate, short time delay, high network capacity, etc. At present, ZigBee teclmology has been wi

6、dely applied in wiieless conununication field.First of all, this design aims to through the ZigBee wireless conununication teclmology to build a wiieless sensor network, the processor used for cc2530 the niicrocontrollei; using a peer-to-peer network topology stmctiire, to temperature and humidity s

7、ensor nodes to join the network data collection and analysis, can be used in the industrial control or agricultural production of temperature detection and control, to avoid the cable network wiring and cost problems.Second, PC completed by Visual Basic language, ZigBee wireless network terminal dev

8、ice through the acquisition of local temperature and humidity data, through the ZigBee wireless network transmission to the coordinator, the coordinator to pass data through the serial port to PC, PC display temperature and humidity data tluough real-time display, in the form of line and upper machi

9、ne also can be automatically or manually send conmiands to control the machine (terminal equipment and the coordinator)Finally, realize the upper machine and lower macliine alignment success, after the graduation reply demo.Key Words Zigbee ;cc2530 ; Wireless sensor network ;Temperatiire and humidit

10、y acquisition#摘要1Abstract2第1章緒論11.1課題背景11.2課題研究的目的和意義21.3國(guó)內(nèi)外研究概況41.4論文的主要研究?jī)?nèi)容及論文安排5第2章ZigBee協(xié)議及所采用的芯片介紹72.1 ZigBee概述72.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)92.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型92.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?02.2.3 Z i gBee 組網(wǎng)技術(shù)112.2.4工作模式122. 3 CC2530 芯片122.3. 1 CC2530前瞻及應(yīng)用122.3.2 CC2530 概述132. 3. 3 CC2530芯片的主要特點(diǎn)142. 4本章小節(jié)15第3章系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)173.1開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介173.

11、 1. 1 C51RF-3-PK ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)開發(fā)平臺(tái)173. 1.2 I AR Embedded Workbench 簡(jiǎn)介173.2系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)183.2. 1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)183.2.2節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)193.2.3系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)203. 2. 4基于ZigBee的溫度采集系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計(jì)243. 3上位機(jī)26ni3.3. 1上位機(jī)的功能簡(jiǎn)介263.3.2上位機(jī)軟件的程序的流程圖283.4本章小節(jié)29第4章系統(tǒng)測(cè)試314. 1系統(tǒng)測(cè)試步驟314.2系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果314. 2.1硬件測(cè)試314. 2.2協(xié)議棧的測(cè)試314. 2.3上位機(jī)與協(xié)調(diào)器的單獨(dú)測(cè)試314. 2.4下位機(jī)和上

12、位機(jī)聯(lián)調(diào)324. 3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析324. 4本章小節(jié)32結(jié)論33參考文獻(xiàn)35致謝37附錄139附錄243附錄353#第1章緒論第1章緒論1.1課題背景信息技術(shù)發(fā)展日新月異,傳統(tǒng)的有線通信方式因?yàn)槠涑杀靖?、布線復(fù)雜, 已經(jīng)不能完全滿足人們的應(yīng)用需求了。因此，無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照傳輸范圍來(lái)劃分，可分為無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)城域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng) 和無(wú)線個(gè)人網(wǎng)。無(wú)線個(gè)人網(wǎng)即短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，典型的短距離無(wú)線傳輸技術(shù) 有：藍(lán)牙、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

13、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)則主要針對(duì)低成本、低功耗和低速率的無(wú)線通 信市場(chǎng)，具有如下特點(diǎn)：低功耗。由于ZigBee的傳輸速率較低，傳輸數(shù)據(jù)量小，并且使用了休 眠模式，因此ZigBee設(shè)備功耗很低，僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)時(shí)間 使用。成本低。ZigBee模塊的初始化成本低，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的, 采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療頻段，2.4GHz (全球)、915MHz (美國(guó)) 和868MHz (歐洲)，免執(zhí)照頻段。時(shí)延短。ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信延時(shí)和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都 非常短，一般從休眠

14、轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms,典型的搜索設(shè)備時(shí)延為 30ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延15ms。網(wǎng)絡(luò)容量大。ZigBee可采用星型、樹型和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管 理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可以由 上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。低速率。ZigBee工作在20250kbps的低速率，分別提供250kbps (2.4GHz)、40kbps (915MHz)和 20kbps (869MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率， 滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。安全。Zigbee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清 單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高

15、級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對(duì)稱密碼, 以靈活確定其安全屬性。可靠度高。為了避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，采取了碰撞避免策略，同 時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙。MAC層采用完全確認(rèn)的數(shù) 據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待收方的確認(rèn)信息，如果傳輸過(guò)程 中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。傳輸距離遠(yuǎn)。傳輸范圍一般介于10100 m之間，在增加RF發(fā)射功 率后，亦可增加到l3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié) 點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。兼容性。ZigBee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)縫集成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào) 器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用CSMA-CA方式進(jìn)行信道接入。為了可靠傳遞，還提

16、供全握手協(xié)議。由于ZigBee技術(shù)具有上述特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在短距離低速率電子設(shè) 備之間的數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi) 性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。1.2課題研究的目的和意義ZigBee技術(shù)具有低成本、低功耗、近距離、短延時(shí)、高容量、高安全 及免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于智能家居、工業(yè)控制、自動(dòng)抄表、醫(yī)療監(jiān) 護(hù)、傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用等領(lǐng)域。智能家庭。家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、 洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以 前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了 ZigBee技術(shù)

17、，可以把 這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到 Internet,這樣用戶就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省 卻了在家里布線的煩惱。工業(yè)控制。工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee 技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。醫(yī)療監(jiān)護(hù)。電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多 傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周圍環(huán)境放置一些 監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 一旦發(fā)生問(wèn)題，可以及時(shí)做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、 監(jiān)視器和報(bào)警器，可以通過(guò)Zig

18、Bee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無(wú)線 技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非 常方便。自動(dòng)抄表。抄表可能是大家比較熟悉的事情，像煤氣表、電表、水表等 等，每個(gè)月或每個(gè)季度可能都要統(tǒng)計(jì)一下讀數(shù)，報(bào)給煤氣、電力或者供水公 司，然后根據(jù)讀數(shù)來(lái)收費(fèi)。現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來(lái)進(jìn)行抄 表，逐家逐戶的敲門，很不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感 器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤 氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其它好處，比如煤氣或 水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源

19、 使用過(guò)快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、 建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低 成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng) 和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。電信應(yīng)用。在2006年初的時(shí)候，意大利電信就宣布她研發(fā)了一種集成 7 ZigBee技術(shù)的SIM卡，并命名為“ZSIM”5°其實(shí)這種SIM卡只是把 ZigBee集成在電信終端上的一種手段。而ZigBee聯(lián)盟也在2007年4月發(fā) 布新聞，說(shuō)聯(lián)盟的成員在開發(fā)電信相關(guān)的應(yīng)用6。如果ZigBe

20、e技術(shù)真得可 以在電信領(lǐng)域開展起來(lái)，那么將來(lái)用戶就可以利用手機(jī)來(lái)進(jìn)行移動(dòng)支付，并 且在熱點(diǎn)地區(qū)可以獲得一些感興趣的信息，如新聞、折扣信息，用戶也可以 通過(guò)定位服務(wù)獲知自己的位置。雖然現(xiàn)在的GPS定位服務(wù)已經(jīng)做得很好， 但卻很難支持室內(nèi)的定位，而ZigBee的定位功能正好彌補(bǔ)這一缺陷。此外，ZigBee技術(shù)也可以應(yīng)用到汽車電子、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事領(lǐng)域中。 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸興起，ZigBee將會(huì)扮演更為重要的角色。但是，物 聯(lián)網(wǎng)的全面普及將是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，至少目前還在探索和實(shí)驗(yàn)階段， 距離實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走。3第1章緒論雖然前景一片大好，但是我們應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到由于各方面的制約ZigBee

21、技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，基于zigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還遠(yuǎn) 遠(yuǎn)說(shuō)不上成熟，主要表現(xiàn)在：ZigBee市場(chǎng)仍處于起步探索階段，終端產(chǎn)品 和應(yīng)用大多處于研發(fā)階段，真正上市的少，且以家庭自動(dòng)化為主；潛在應(yīng)用 多，但具有很大出貨量的典型應(yīng)用少，市場(chǎng)缺乏明確方向。1.3國(guó)內(nèi)外研究概況目前，zigbee技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成型。芯片大批量生產(chǎn)階段， chipcon,fieescale, ember, radiopulse, oki, heliconmi, jemiic, microchip 等 公司紛紛推出zigbee解決方案，其中atmel與chipcoil已經(jīng)開發(fā)出zigbee芯 片，但二者

22、都是選用全球通用的2.4gliz頻道，其他廠商如embei搭配atmel 與nec搭配chipcon芯片，已經(jīng)完成開發(fā)套件，能夠提供系統(tǒng)廠商整合方案。 芯片商heliconuii則是自行推出整合方，ippliiik2000,有2.4ghz與915niliz 兩版本，該方案可以與GPRS/CDMA相連接。Freescale. oki等也表示將推 出2.4gliz整合rf、phv與mac的芯片。2005年zigbee聯(lián)盟選擇德國(guó)萊茵tiiv集團(tuán)作為唯一的全世界無(wú)線實(shí)驗(yàn) 室測(cè)試zigbee技術(shù)產(chǎn)品的代表，在世界各地提供zigbee聯(lián)盟認(rèn)可的商標(biāo)認(rèn) 證和一致性平臺(tái)測(cè)試服務(wù)。將新的zigbee認(rèn)證項(xiàng)目推

23、向市場(chǎng)。緊接著zigbee 聯(lián)盟發(fā)布了首批成功完成互操作測(cè)試的四款平臺(tái)。這些平臺(tái)將用來(lái)測(cè)試未來(lái) 數(shù)月內(nèi)推岀的zigbee產(chǎn)品，從而為zigbee標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)控制、HVAC空調(diào)系 統(tǒng)與家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用鋪平道路。目前企業(yè)正積極開發(fā)zigbee 應(yīng)用市場(chǎng)，分別為家庭與樓宇自動(dòng)化、消費(fèi)電子、自動(dòng)讀表與其他方面，包 括工業(yè)自動(dòng)化、監(jiān)控檢測(cè)、醫(yī)療、幼兒監(jiān)護(hù)、物流管控、低溫連鎖管理與農(nóng) 業(yè)監(jiān)控等。目前國(guó)內(nèi)眾多廠商從事zigbee家庭網(wǎng)關(guān)的開發(fā)，2006年6月，華為以 “促進(jìn)者”的身份加入了 zigbee聯(lián)盟理事會(huì)，但zigbee在中國(guó)還未得到足 夠的支持。盡管國(guó)內(nèi)已經(jīng)有不少人開始關(guān)注zigbee這門

24、新技術(shù)，而且也有 不少單位開始涉足zigbee技術(shù)的開發(fā)工作，然而，由于zigbee本身是一種 新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬 件控制技術(shù)結(jié)合在一起，因而要深入理解這個(gè)來(lái)自外國(guó)新技術(shù)，在組織一個(gè) 在這兒個(gè)方面都有豐富的配套的隊(duì)伍，本身就不是一件容易的事。到目前為 止，所見的報(bào)道有：成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司，真正將zigbee技術(shù) 開發(fā)成產(chǎn)品。我國(guó)開展研究機(jī)構(gòu)主要有浙江大學(xué)、蘇州大學(xué)、東南大學(xué)等一 些高校，目前還處于起步階段。1.4論文的主要研究?jī)?nèi)容及論文安排本文主要研究了基于ZigBee的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括節(jié)點(diǎn)的硬 件設(shè)計(jì)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建以

25、及上位機(jī)的編程實(shí)現(xiàn)。本文的安排如下：第一章闡述了設(shè)計(jì)的背景、目的和意義以及目前國(guó)內(nèi)外的ZigBee研究 發(fā)展情況。第二章介紹了 ZigBee的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、各層的功能、ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 類型、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及工作模式，此外簡(jiǎn)要介紹了 CC2530芯片。第三章介紹了本設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)，包括上位機(jī)的 設(shè)計(jì)。第四章介紹了該設(shè)計(jì)的測(cè)試過(guò)程和調(diào)試過(guò)程。第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。例外還有參考文獻(xiàn)，大學(xué)期間和本次設(shè)計(jì)的致謝詞，附錄一（本次畢業(yè) 設(shè)計(jì)的開題報(bào)告）和附錄二（上位機(jī)程序），附錄三（外文翻譯）。5第2章ZigBee協(xié)議及所采用的芯片介紹第2章Z i gBee協(xié)議及所采用的芯片介紹2

26、. 1 ZigBee 概述ZigBee 一詞來(lái)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(wú)線組網(wǎng)通信技術(shù)。2000年，IEEE 802.15工作 組成立的任務(wù)組TG4 (Task Group, TG)制定了 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo) 準(zhǔn)以低能耗、低速率傳輸、低成本為重點(diǎn)目標(biāo)，為設(shè)備之間的低速無(wú)線互連 提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，就是ZigBee無(wú)線通信技術(shù)oZigBee新一代S0C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(gè)字節(jié)，CC

27、2530是理 想ZigBee專業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用層(含應(yīng)用接口 層)用戶港層tZigBee聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)層MAC層tIEEE 802.15.4物理層圖2T ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)議由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問(wèn)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層和MAC 層標(biāo)準(zhǔn)由IE EE 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。下面對(duì)協(xié)議棧各 層的作用一一介紹。

28、PHY層：定義了無(wú)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 IIIo 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)服務(wù)和PHY層管理服務(wù)，PHY層 數(shù)據(jù)服務(wù)是通過(guò)無(wú)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(wú)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(guò)物理媒介接收和發(fā)送分組數(shù)據(jù)。MAC層：使用

29、CSMA-CA沖突避免機(jī)制對(duì)無(wú)線信道訪問(wèn)進(jìn)行控制，負(fù) 責(zé)物理設(shè)備問(wèn)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(guò)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)O 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)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圧EE 802.15.4. 2003MAC 子層和為應(yīng)用層提供服務(wù)接口

30、。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)o 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)。ZigBee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

31、應(yīng)用對(duì)象，分別指定在端點(diǎn)1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。把上面兒個(gè)層次聯(lián)合起來(lái)，ZigBee協(xié)議層與層之間是通過(guò)原語(yǔ)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(Sei-vice Access Point)和管理 SAP(Sei*vice Access Point)o 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(wèn)內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制。2.2 Z i

32、 gBee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)點(diǎn)(End Device)o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)?形式。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、樹型拓?fù)洹⒕W(wǎng)狀拓?fù)洹?. 2. 1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型協(xié)調(diào)器。在各種拓?fù)湫问降腪igBee網(wǎng)絡(luò)中，有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn), 它負(fù)責(zé)選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率通道、建立網(wǎng)絡(luò)并將其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、提供 信息路由、安全管理和其他服務(wù)。當(dāng)協(xié)調(diào)器入網(wǎng)后，會(huì)為其他其他的節(jié)點(diǎn)分 配地址，之后便會(huì)以路由器的身份在網(wǎng)絡(luò)中

33、。路由器。當(dāng)采用樹型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)吋，需要用到路由器節(jié)點(diǎn)，它也可 以加入?yún)f(xié)調(diào)器，是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部件。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接受節(jié)點(diǎn)自身 信息；節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)信息；允許子節(jié)點(diǎn)通過(guò)它加入網(wǎng)絡(luò)。終端節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是發(fā)送和接收信息。一般在中端節(jié)點(diǎn) 上安裝我們所需的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，通常一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不處在數(shù)據(jù) 收發(fā)狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能耗。當(dāng)它的父節(jié)點(diǎn)路由器壞了時(shí)，可以 選擇其他的路由器來(lái)當(dāng)父節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行路由。9XX大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2. 2. 2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问叫切屯負(fù)?。是最?jiǎn)單的拓?fù)湫问剑鐖D22。圖中包含一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) 和一些終端節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行

34、通訊，在兩個(gè)終端 節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊必須通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，其缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù) 路由只有唯一路徑。O圖2-2星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu). 協(xié)調(diào)器O 路由器#樹型拓?fù)?。結(jié)構(gòu)如圖23。協(xié)調(diào)器可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，子 節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)也可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。直接通信只可以在父 節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，非父子關(guān)系的節(jié)點(diǎn)只能間接通信。協(xié)調(diào)器路由藩、©'場(chǎng)©終端節(jié)點(diǎn)圖2-3樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)狀拓?fù)?。如圖24。網(wǎng)狀拓?fù)渚哂徐`活路由選擇方式，如果某個(gè)路由 路徑出現(xiàn)問(wèn)題，信息可自動(dòng)沿其他路徑進(jìn)行傳輸。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可相互傳輸 數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)按照Z(yǔ)igBee協(xié)議算法選擇最優(yōu)化路徑，以

35、使網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定, 通訊更有效率。在這三個(gè)網(wǎng)狀中，網(wǎng)狀拓?fù)涫蔷€路最多最復(fù)雜也是最有效率 的一直組網(wǎng)方式。2.2.3 ZigBee組網(wǎng)技術(shù)ZigBee中，只有PAN協(xié)調(diào)點(diǎn)可以建立一個(gè)新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，當(dāng) ZigBeePAN協(xié)調(diào)點(diǎn)希望建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)吋，首先掃描信道，尋找網(wǎng)絡(luò)中的 一個(gè)空閑信道來(lái)建立新的網(wǎng)絡(luò)。如果找到了合適的信道，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)會(huì) 為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)PAN標(biāo)識(shí)符（PAN標(biāo)識(shí)符是用來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的，因此 所選的PAN標(biāo)識(shí)符必須在信道中是唯一的）。一旦選定了 PAN標(biāo)識(shí)符，就 說(shuō)明已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)，此后，如果另一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)掃描該信道，這個(gè) 網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)點(diǎn)就會(huì)響應(yīng)并聲明它的存在。另

36、外，這個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)還會(huì)為 自己選擇一個(gè)16bit網(wǎng)絡(luò)地址oZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)64bit IEEE 擴(kuò)展地址和一個(gè)16bit網(wǎng)絡(luò)地址，其中，16bit的網(wǎng)絡(luò)地址在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯 一的，也就是802.15.4中的MAC短地址。而64位的地址便是全球的，出 廠家時(shí)，地址已經(jīng)分配好了，但是可以人為的更改的。ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)選定了網(wǎng)絡(luò)地址后，就開始接受新的節(jié)點(diǎn)加入其網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)希望加入該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它首先會(huì)通過(guò)信道掃描來(lái)搜索它周圍存在的 網(wǎng)絡(luò)，如果找到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它就會(huì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)過(guò)程加入網(wǎng)絡(luò)，只有具備路由 功能的節(jié)點(diǎn)可以允許別的節(jié)點(diǎn)通過(guò)它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng) 絡(luò)

37、失去聯(lián)系后想要重新加入網(wǎng)絡(luò)，它可以進(jìn)行孤立通知過(guò)程重新加入網(wǎng)絡(luò)。 如果網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定之后，便會(huì)扮演路由器的角色。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)具備路由器功能的 節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)路由表和一個(gè)路由發(fā)現(xiàn)表，它可以參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、路由 發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)，以及關(guān)聯(lián)其它節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。11xx大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2. 2.4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，下面對(duì)兩種模式下進(jìn)行具體的解釋。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，在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)以一定的間隔吋間（一般在 15ms-4mins之間）向網(wǎng)絡(luò)廣

38、播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間有16個(gè)相 同的吋槽，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：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(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 15niSo2. 3 CC2530 芯片2. 3. 1 CC2530前瞻及應(yīng)用Zigbee業(yè)界最為振奮人心的事情將發(fā)生在自動(dòng)化

39、讀表領(lǐng)域,Zigbee聯(lián)盟 將其稱為智能能源，其中Zigbee技術(shù)將被用于電表及煤氣表、恒溫記和智 能家電之間的無(wú)線通信，以管理能源和節(jié)省費(fèi)用。CC2530搭配最新的 Zigbee PRO協(xié)議棧以及我們的支持，到目前為止成為業(yè)界最佳的市場(chǎng)解決 方案概念。CC2530實(shí)施了 IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，因此它是一款通用性極強(qiáng)的芯片高 級(jí)計(jì)量與Zigbee智能能源、家庭與適用于包括消費(fèi)類電子與RF4CE遠(yuǎn)程控 制、樓宇自動(dòng)化、照明、工業(yè)控制與監(jiān)控、保健與醫(yī)療等在內(nèi)的許多市場(chǎng)。 隨著ZigBee技術(shù)的日異成熟，Zigbee會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)這一領(lǐng)域會(huì)有重大的突破, CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)

40、良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU,相信CC2530這款芯片的會(huì)繼續(xù)有atmel公司8051單片機(jī)曾經(jīng)的輝煌, 占有物聯(lián)網(wǎng)所用芯片的市場(chǎng)。#第2章ZigBee協(xié)議及所釆用的芯片介紹2. 3. 2 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2.4GHz ISM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。下面從CC2530的應(yīng)用，封裝, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和資源，以及外設(shè)的串口來(lái)介紹。芯片的的封裝。CC2530的尺

41、寸只有7x7nmi48-pin的封裝，采用具有內(nèi) 嵌閃存的0.18微米CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器，RF、模擬 電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器整合在同一個(gè)硅晶片上。f >0» AVOOM AvOO” AVDOM M弋 n WM AVOOn *ose32v.Q2q M y r * K*AVOCAGHD圖2-5 CC2530引腳排列圖芯片內(nèi)存結(jié)構(gòu)oCC2530包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器 內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘32MHzo還包含一個(gè)DMA控制器。8K字節(jié)靜態(tài)RAM, 其中的4K字節(jié)是超低功耗SRAMo 32K, 64K或128K字節(jié)的片內(nèi)Flash塊 提供在電路可編程非易失性

42、存儲(chǔ)器。芯片內(nèi)部資源。內(nèi)部集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè) 32MHz晶體振蕩器，一個(gè)16MHz RC振蕩器，一個(gè)可選的32.768kHz晶體 振蕩器和一個(gè)可選的32.768kHz RC振蕩器。還集成了用于用戶自定義應(yīng)用 的外設(shè)。一個(gè)AES協(xié)處理器被集成在CC2530之中，用來(lái)支持IEEE 802.15.4 MAC安全所需的(128位關(guān)鍵字)AES的運(yùn)行，以盡可能少的占用微控制 器。中斷控制器為總共18個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予 4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在 電路調(diào)試和外部Flash編程。I/O控制器的職責(zé)是21個(gè)一般I/O 口

43、的靈活分 配和可靠控制。CC2530包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè)16位MAC定時(shí)器，用以為 IEEE 802.15.4的CSMA-CA算法提供定時(shí)以及為IEEE 802.15.4的MAC層 提供定時(shí)。一個(gè)一般的16位和兩個(gè)8位定吋器，支持典型的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能, 例如，輸入捕捉、比較輸出和PWM功能。芯片的外設(shè)串口。CC2530內(nèi)集成的其他外設(shè)有：實(shí)時(shí)吋鐘；上電復(fù)位; 8通道，8-14位ADC；可編程看門狗；兩個(gè)可編程USART,用于主/從SPI 或UART操作。為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬，CC2530集成了大多數(shù)對(duì)定時(shí) 要求嚴(yán)格的一系列IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)

44、擔(dān)。這包 括：自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器、同步字插入/檢測(cè)、CRC-16校驗(yàn)、CCA、信號(hào)強(qiáng)度 檢測(cè)數(shù)字RSSL連接品質(zhì)指示(LQI)和CSMA/CA協(xié)處理器。2. 3.3 CC2530芯片的主要特點(diǎn)CC2530芯片主要特點(diǎn)如下：(1) 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)、兒個(gè)定時(shí) 器(Timei)、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(Powe

45、r On Reset)掉電檢測(cè)電路 (Brown out detection),以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳。(2) 采用0.18 gm CMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗 分別低 于27niA或25 niAo 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) 支持最新的ZigBee協(xié)議ZigBee 2007/PRO,而TI之前的SOC 射頻芯片 CC2430/CC2431 等不支持 ZigBee 2007/PRO 協(xié)議 棧。ZigBee 2007/PRO相對(duì)于以前的協(xié)議棧具有更好的互操作性、節(jié)點(diǎn)密度15第2章ZigBee

46、協(xié)議及所采用的芯片介紹管理、數(shù)據(jù)負(fù)荷管理、頻率捷變等方面有重大進(jìn)步，且具有支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和 低功耗特點(diǎn)。這就使得運(yùn)用CC2530設(shè)計(jì)岀來(lái)的節(jié)點(diǎn)通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)性 能更穩(wěn)定可靠。2. 4本章小節(jié)本章主要介紹了 ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，介紹了 ZigBee協(xié)議棧各層的作 用，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)的類型，以及節(jié)點(diǎn)的組成不同類型的網(wǎng)絡(luò)，還有它的工 作方式，組網(wǎng)方式。接著介紹了 CC2530芯片的內(nèi)部資源和外部串口以及應(yīng) 用情況。第3章系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)第3章系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)3.1開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介3.1.1 C51RF-3-PK乙gBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)開發(fā)平臺(tái)C51RF-3-PK開發(fā)平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：1、具有USB

47、高速下載、支持IAR集成開發(fā)環(huán)境；2、具有在線下載、調(diào)試、仿真功能；3、可以根據(jù)需求選配多種擴(kuò)展開發(fā)板；4、開發(fā)方便、快捷、簡(jiǎn)單；5、功能強(qiáng)大的C51RF-3仿真器。不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CC2430/CC2431程序下 載，還可實(shí)現(xiàn)開發(fā)仿真調(diào)試。6、多種擴(kuò)展板既有簡(jiǎn)單開發(fā)按鍵、又有液晶顯示及各種傳感器。不但可以 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的CC2430/CC2431開發(fā)，還可作復(fù)雜的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。3. 1.2 I AR Embedded Workbench 簡(jiǎn)介IAR Embedded Workbench (簡(jiǎn)稱EW)的C/C+交叉編譯器和調(diào)試器是 今天世界最完整的和最容易使用專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。EW今天

48、已經(jīng)支 持35種以上的8位/16位32位ARM的微處理器結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的微處理 器提供一樣直觀用戶界面。EW包括：嵌入式C/C+優(yōu)化編譯器，匯編器，連接定位器，庫(kù)管理員, 編輯器，項(xiàng)目管理器和C-SPY調(diào)試器。使用IAR的編譯器最優(yōu)化最緊湊的 代碼，可以節(jié)省硬件資源，最大限度地降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。IAR Embedded Workbench集成的編譯器主要產(chǎn)品特征：(1) 高效PROMable代碼(2) 完全標(biāo)準(zhǔn)C兼容(3) 內(nèi)建對(duì)應(yīng)芯片的程序速度和大小優(yōu)化器(4) 目標(biāo)特性擴(kuò)充(5) 版本控制和擴(kuò)展工具支持良好(6) 便捷的中斷處理和模擬27（7）瓶頸性能分析（8）高效浮點(diǎn)支持（9）

49、內(nèi)存模式選擇（10）工程中相對(duì)路徑支持IAR Systems的C/C+編譯器可以生成高效可靠的可執(zhí)行代碼，并且應(yīng) 用程序規(guī)模越大，效果明顯。與其他的工具開發(fā)廠商相比，系統(tǒng)同吋使用全 局和針對(duì)具體芯片的優(yōu)化技術(shù)。連接器提供的全局類型檢測(cè)和范圍檢測(cè)對(duì)于 生成目標(biāo)的代碼的質(zhì)量是至關(guān)重要。IAR Embedded Workbench是一套完整的集成開發(fā)工具集合：包括從代 碼編輯器、工程建立到C/C+編譯器、連接器和調(diào)試器的各類開發(fā)工具。它 和各種仿真器、調(diào)試器緊密結(jié)合，使用戶在開發(fā)和調(diào)試過(guò)程中，僅僅使用一 種開發(fā)環(huán)境界面，就可以完成多種微控制器的開發(fā)工作。除上述的兒點(diǎn)之外, 在 IAR Embedde

50、d Workbench, IAR Systems 還提供了 visual STATE 和 IAR MakeApp兩套圖形開發(fā)工具幫助開發(fā)者完成應(yīng)用程序的開發(fā)，它可以根據(jù) 設(shè)計(jì)自動(dòng)生成應(yīng)用程序代碼和自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)程序，使開發(fā)者擺脫這些耗時(shí)的 任務(wù)同時(shí)保證了代碼的質(zhì)量。3. 2系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3. 2. 1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的無(wú)線溫濕度采集系統(tǒng)以C51RF3PK開發(fā)平臺(tái)為核心， 使用了兩塊表演板，利用芯片自帶的溫濕度傳感器采集溫度值，充分發(fā)揮了 C51RF3PK開發(fā)平臺(tái)的豐富資源。在上位機(jī)上，采集的溫濕度實(shí)時(shí)地顯示 出來(lái)，并且通過(guò)折線圖動(dòng)態(tài)描繪出溫度的變化趨勢(shì)?？紤]到可能采集多個(gè)節(jié) 點(diǎn)的溫度，上位

51、機(jī)可以根據(jù)客戶要求切換不同節(jié)點(diǎn)的溫度折線圖。為了方便 對(duì)以往數(shù)據(jù)的查看，采集到的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)保存到了 excel文檔之中。本系統(tǒng)由三類節(jié)點(diǎn)組成：ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié) 點(diǎn)。圖31所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調(diào)器是分布式處理中心， 即匯聚傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點(diǎn)（即協(xié)調(diào) 器），然后匯聚節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理并顯示給用戶。 當(dāng)用戶沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描。圖31溫度采集系統(tǒng)示意圖3. 2. 2節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì):ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)如圖3-2所示，該 節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC25

52、30、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路 組成。RF的輸入輸岀是高阻和差動(dòng)的。當(dāng)使用不平衡天線（例如單極天線） 時(shí)，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當(dāng)使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運(yùn)行在使用 低成本的單獨(dú)電感器和電容器的場(chǎng)合。電源模塊用于CC2530的數(shù)字I/O和 部分模擬I/O的供電，供電電壓為2. 03. 6 Vo CC2530可以同時(shí)接32 MHz 和32. 768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。串口電路用于 CC2530將接收到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，由于上位機(jī)與CC2530的電平不一 致，（上位機(jī)采用的負(fù)邏輯電平）所以需要一個(gè)MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。圖3-2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)路由

53、器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)路由器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從 傳感器節(jié)點(diǎn)路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此，該電路比較簡(jiǎn)單，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2530、射頻天線RF、電源模塊和晶振電路組成。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)和硬件設(shè)計(jì)如圖3-3所示，該節(jié)點(diǎn)由 無(wú)線收發(fā)器CC2530、射頻天線RF、DTH11溫濕度傳感器、電源模塊、晶 振電路和串口電路組成。但是該溫濕度傳感器的能夠達(dá)到一定的精度。圖3-3傳感器節(jié)點(diǎn)下面對(duì)每個(gè)部分的功能和指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹：信息收集終端。即協(xié)調(diào)器，放置于監(jiān)控室，完成網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)， 和節(jié)點(diǎn)之間綁定的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機(jī) 軟件，進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。本設(shè)

54、計(jì)采用RS-232串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送 到上位機(jī)。溫濕度采集終端。即節(jié)點(diǎn)，放置在需要采集溫濕度的地方（本次設(shè)計(jì)就 為普通室內(nèi)）。溫度采集終端可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入。檢測(cè)到的溫濕度通過(guò) ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。上位機(jī)。位于監(jiān)控室（本次設(shè)計(jì)就為普通室內(nèi)），完成對(duì)所采集溫濕度 的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到文檔中，同時(shí)以折線圖的形式實(shí)時(shí) 反映出溫度的變化趨勢(shì)，使其更為直觀。還可以進(jìn)行發(fā)送指令控制下位機(jī)的 狀態(tài)，顯示的實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。3. 2. 3系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)設(shè)備的描述。程序中，兩種設(shè)備被配置：終端傳感器設(shè)備和中心協(xié)調(diào)器 收集設(shè)備。中心收集設(shè)備作為協(xié)調(diào)器來(lái)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和收集

55、數(shù)據(jù)并傳輸?shù)缴?位機(jī)顯示，協(xié)調(diào)器設(shè)備端點(diǎn)描述符為：const SimpleDescnptioiiFormat_t SampleApp_SimpleDesc =/iSAMPLEAPP_ENDPOINT,端點(diǎn)號(hào)SAMPLEAPP_PROFID,SAMPLEAPP_DEVICEID,SAMPLEAPP_DEVICE_VERSION,SAMPLEAPP_FLAGS,SAMPLEAPP_MAX_CLUSTERS,(cld_t *)SampleApp_ClusterList,SAMPLEAPP_MAX_CLUSTERS,(cld_t *) NULL/profile id設(shè)備ID/設(shè)備版本/保留，一般為0/

56、輸入的最大簇?cái)?shù)量/輸入簇id列表/輸出的最大簇?cái)?shù)量輸岀簇id列表；如果輸出列表為NULL （空）時(shí)，表明該設(shè)備只可以接收zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，不可以通過(guò)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，上述程序便是如此。 const SimpleDescnptionFormat_t SampleApp_SimpleDesc =/iSAMPLEAPP_ENDPOINT,端點(diǎn)號(hào)/profile id設(shè)備ID/設(shè)備版本/保留，一般為0/輸入的最大簇?cái)?shù)量輸入簇id列表/輸出的最大簇?cái)?shù)量/輸出簇id列表SAMPLEAPP_PROFID,SAMPLEAPP_DEVICEID,SAMPLEAPP_DEVICE_VERSION,SAMPLEAPP_FLAGS,SAMPLEAPP_MAX_CLUSTERS,(cld_t *) NULLSAMPLEAPP_MAX_CLUSTERS,(cld_t *)SampleApp_ClusterList；如果輸入列表為NULL （空）時(shí)，表明該設(shè)備只可以通過(guò)zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，不接受zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，上述程序便 是如此。由于本次為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，設(shè)備描述符可以一樣，程序如下：const