無線溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)題 目 無線溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 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)表或撰寫過的研究成果,也不包含為 獲得聊城大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。 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:1緒論 . . 錯(cuò) 誤!未定義書簽。 1.1 摘要 .

2、2 1.2 選題依據(jù)和意義 . 3 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景及意義 . 4 1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介 . 51.5 未來前景展望 . 62.3 ZigBee 的工作模式 . . 124 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 194.1 溫度采集模塊 . 20 4.2 微控制模塊 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。4.3 無線通信模塊 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 16 總結(jié) . 錯(cuò) 誤!未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 18致謝無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1摘要無線傳感器網(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 中的傳感器通過無線方式通信,因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活,設(shè)備位置 可

3、以隨時(shí)更改, 還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。 通過無線通信方式 形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)本設(shè)計(jì)為了滿足對(duì)環(huán)境溫度的檢測, 進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù) 的無線自組網(wǎng)絡(luò)。 本設(shè)計(jì)采用這種方式是因?yàn)椴僮骱唵畏奖? 兼容性比較強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn), 能夠滿足我們對(duì)于環(huán)境溫度測量的需求。 本系統(tǒng)的核心芯片為cc2530, 溫度傳感器采用的是DS18B20, 本設(shè)計(jì)是無線溫度測量采用無線組網(wǎng)。 實(shí) 驗(yàn)中表明,在溫度測量過程中,本系統(tǒng)具有靈活組網(wǎng),測量精確穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞: CC2530無線射頻芯片;溫度監(jiān)測; ZigBee 技術(shù); DS18B20溫度傳感器 Wireless Temperatur

4、e Measurement System Design ABSTRACTWireless 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 Settings, equipment location can change at any time,

5、 can also with the Internet connection cable or wireless way. Through wireless communication mode to form a multiple hopsself-organizing networkThis design in order to meet the environmental temperature detection, and designed a kind of wireless AD hoc network based on ZigBee technology. This design

6、 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 measurement using wireless network. Experiments

7、show that in the process of temperature measurement, this system with flexible networking, stable measurement precision, cess,the system can flexible network.Key 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)展趨勢看無線將會(huì)逐步取代有線, 使用簡單快捷 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)。 基于這種發(fā)展背

8、景, 無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)不斷的豐富了我們的生活。 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議呈現(xiàn)多元化的是伴隨著無線網(wǎng) 絡(luò)傳感技術(shù)的發(fā)展,無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù)、無線保真、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。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。簡而言之, ZigBee 就是一種非常低廉的, 功耗非常小的的近距離無線組網(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 無線通信技術(shù)的發(fā)展也日趨成熟,它被廣泛應(yīng) 用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測量、工農(nóng)、交通、家居等越來

9、越廣泛的領(lǐng)域。 ZigBee 無 線通信技術(shù)的功耗小、 距離近、 成本低、 布網(wǎng)簡易等特點(diǎn)十分適合于要求自動(dòng)不 間斷采集數(shù)據(jù)、 局域分布測量、 聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理等測量場合。 在日益追求訊息通信 和交換的實(shí)時(shí),簡單,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)在無線傳感器網(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 這種無線組網(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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究背景及意義21世紀(jì)以來,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 采用有線進(jìn)行的, 各種總線技術(shù), 局域網(wǎng)技術(shù)等有線網(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。 有線傳輸是在網(wǎng)線之間發(fā)生的, 這樣就決定 其安全性能是相對(duì)高很多的, 監(jiān)聽難度增加了許多。 但無線數(shù)據(jù)傳輸有很多方面 是有線不能比的,那就是無線有很

11、高的移動(dòng)性和靈活性。在移動(dòng)性方面有線通信顯然落在了下風(fēng), 例如布線繁瑣、 線路故障難以判定、 設(shè)備更改布局就要更改布線等這些有線網(wǎng)絡(luò)先天帶有的缺點(diǎn)卻愈發(fā)地明顯, 有線通信在這些方面不如無線通信優(yōu)勢明顯。 這也是有線通信無論如何也比不上的優(yōu) 勢, 那就是無線通信具有極高的移動(dòng)性和靈活性。 同時(shí), 隨著近年來集成電路技 術(shù)、 射頻技術(shù)的發(fā)展, 無線通信功能的實(shí)現(xiàn)變得越來越簡單可行, 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。 在人們追求更高生活質(zhì) 量的今天, 人們把目光轉(zhuǎn)向了無線通信上面, 一些典型的無線應(yīng)用產(chǎn)品順勢而生, 如:無線智能家電,無線查表,無線點(diǎn)餐,無線數(shù)據(jù)采集

12、歸類,無線設(shè)備監(jiān)控, 汽車儀表數(shù)據(jù)的無線讀取等。 人們享受無線信息傳輸系統(tǒng)帶來的便利的同時(shí), 又 同時(shí)針對(duì)發(fā)展的新的需求而不斷探索。1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介傳感器網(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)測區(qū)域的, 有的是監(jiān)測區(qū)域的內(nèi)部, 有的則是分布在監(jiān)測區(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的。 傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其 他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸, 在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)有被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理的可能 性, 在經(jīng)過多跳之后路由到匯聚節(jié)點(diǎn), 最終通過因特網(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、 無線

13、通信模塊和能 量供應(yīng)模塊, 負(fù)責(zé)監(jiān)測區(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)過來的; 無線通信模塊的功能是與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線 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。無線自組網(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

14、要也可 以達(dá)到上百的。 無線自組網(wǎng)顧名思義肯定采用的是無線通信方式, 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)。 這樣可以滿足具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流通 過動(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)和無線自組網(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)無線自組網(wǎng)來說是更為龐大的, 是監(jiān)測、 控制以及無線 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

15、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)無線網(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)約的問題; 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未來前景展望當(dāng)前形勢下, 越來越多的機(jī)構(gòu)和公司在 ZigBee 技術(shù)的研究上面投入了很多的 精力, 毫無疑問這也將加快無線傳感器網(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 的目光投向了無線組網(wǎng)技術(shù)方面,為下一步無線網(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

16、專業(yè)人員的努力, 越來越多的工廠、 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):不少廠商推出了 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,不管國內(nèi)國外,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)與其它無線網(wǎng)絡(luò)共存的問題也有 大量的研究。(5路由算法:Zigbee 的路由是基于 Ad Hoe按需距離矢量 (AODV算法 路由 算法,這樣 ZigBee 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

17、建立與數(shù)據(jù)傳播方式和 Ad Hoe 網(wǎng)絡(luò)很類似。提高路 由算法的高效性和可擴(kuò)展性看來是很有必要的。2 ZigBee 協(xié)議簡介2.1 ZigBee 的概述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 用戶聯(lián)盟協(xié)議棧結(jié)構(gòu)2.2 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)是包括設(shè)備類型, 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)類型是 網(wǎng)絡(luò)層面上提出來的, 它所反映的是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问健?ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可分為三種拓 撲形式:星型拓?fù)?、樹型拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)?。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?ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)中,

18、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路由器在采用樹型和網(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 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)。Zigbee 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?分別為星形、樹形和網(wǎng)狀, 如圖 圖 1 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.3 ZigBee 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

19、休眠,協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長期處于工作狀態(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

20、介紹3.1 CC2530核心板功能特點(diǎn): 功能良好、功耗很小的 8051內(nèi)核; 頻段是開放的,工作頻段大約為 2.4GHz ; 具有 8路輸入 8至 14位 ADC ; 無線傳輸速率能夠達(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,可靠傳輸距離達(dá) 250m 。3.2 CC2530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,硬件開銷低,抗干擾能力強(qiáng),精度 高的特點(diǎn)。1: 技術(shù)性能描述 單線接口方式獨(dú)特, DS18B20在與微處

21、理器連接時(shí)僅需要一條口線即可 實(shí)現(xiàn)雙向通訊。 測溫范圍 :-55至 +125,誤差溫度只有 1。 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,多個(gè) DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,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)線寄生電源 在使用中不需要?jiǎng)e的外圍元件 測量結(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, 樹形, 網(wǎng)

22、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)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)無線網(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), 沒有路由節(jié)點(diǎn)。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框 圖如圖 圖 2 多點(diǎn)無線溫度測量系統(tǒng)框圖終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)是利用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20來采集溫

23、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,無線通信模塊。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 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溫度, 并可根據(jù)實(shí)際要求通 過編程實(shí)現(xiàn) 9到 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式, 可以測量 - 55至 +125的溫

24、度范圍, 在 - 10 至 85溫度范圍內(nèi)誤差不會(huì)超過 0.5。從 DS18B20讀出信息或是寫 入 DS18B20 信息只要通過單總線接口即可。溫度變換、讀取等所需的能量由總 線提供,無需外接電源。 DS18B20 可以節(jié)省系統(tǒng)資源、使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡易,可 靠性更高,更適用于溫度慢變場所的長時(shí)間溫度測量。4.2 微控制模塊協(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:無線通信模塊,微處理模塊,串口通信模塊。對(duì)應(yīng)的硬件圖如圖 4.3無線通信模塊CC2530 無線模塊主要由電源

25、、復(fù)位電路、串口連接電路和無線收發(fā)電路組 成。 TTL 電平與 PC 機(jī)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 MAX232 將電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平,再通過 CC2530無線發(fā)送。接收數(shù) 據(jù)則是發(fā)送數(shù)據(jù)的逆過程, 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 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 ZigBe

26、e 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) 包等。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)線拉低Ds18b20Delay(6;/延時(shí) 6usDs18b20Data = 1;/數(shù)據(jù)線拉高Ds18b20Delay(50;/延時(shí) 50uselseDs18b20Data = 0; /數(shù)據(jù)線拉低Ds18b20Dela

27、y(50; /延時(shí) 50usDs18b20Data = 1; /數(shù)據(jù)線拉高Ds18b20Delay(6; /延時(shí) 6usinfor >>= 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) 10usfor(i=0;i<8;i+Value >>= 1;Ds18b20OutputInitial(;/設(shè)置與

28、 DS18B20相連的 I/O管腳為輸出 Ds18b20Data = 0; /數(shù)據(jù)線拉低Ds18b20Delay(3;延時(shí) 3usDs18b20Data = 1;/數(shù)據(jù)線拉高Ds18b20Delay(3;/延時(shí) 3usDs18b20InputInitial(;/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) 15usreturn Value;溫度讀取函數(shù):void Temp_test(void /溫度讀取函數(shù)uchar V1,V2;test1=Ds18b20Initial(;Ds18b20

29、Write(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 芯片的無線溫度測量系統(tǒng),采用 ZigBee 協(xié)議棧,做到了真正意 義上的無線組網(wǎng),所有的傳感器都處在一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中。由于 ZigBee 協(xié)議的低 功耗,可靠性高,擴(kuò)充性良好等特點(diǎn),本設(shè)計(jì)還可以改成溫度測量控制系統(tǒng)。如 果將傳感器換成其他類型的傳感器,如濕度傳感器、煙火傳感器,氣體傳感器, 紅外傳感器組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò),