畢業(yè)設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)

1、重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院CHONGQING AEROSPACE PLOYTECHNIC畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 設(shè)計(jì)題目: 無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 電子工程系 班 級(jí)： 12021071 學(xué) 號(hào): 20120547 姓 名： 章運(yùn)杰 指導(dǎo)教師: 湯平 成 績： 二0一四年十二月首頁本次為畢業(yè)設(shè)計(jì)論文其題目為:無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)內(nèi)容小組3人設(shè)計(jì)一個(gè)3點(diǎn)的無線溫度采集系統(tǒng)。 2、設(shè)計(jì)要求要求完成設(shè)計(jì)（方案概述（系統(tǒng)框圖）、器件選型（列出,做成表格，對(duì)主要器件進(jìn)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(shè)計(jì)參數(shù)（1）要求能夠?qū)崿F(xiàn)3點(diǎn)的溫度采集,以無線方式發(fā)

2、送給上位機(jī)顯示。（2)溫度范圍為0100,溫度測(cè)量精度精確到整數(shù)個(gè)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(guān)鍵詞、目錄、引言、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附錄等. 摘要多路無線溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)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(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測(cè)和供電線路防盜監(jiān)視、城市居民小區(qū)供熱檢測(cè)、大型倉庫溫度檢測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)測(cè)控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測(cè)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(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)控,一般需要測(cè)量幾十個(gè)點(diǎn)以上.此次設(shè)計(jì)多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)三點(diǎn)的無線溫度采集。針對(duì)傳統(tǒng)溫度采

3、集系統(tǒng)存在的便攜性差、準(zhǔn)確率低、測(cè)溫電路復(fù)雜等問題,此次提出了基于CC2530的無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)模塊控制、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?多個(gè)溫度傳感節(jié)點(diǎn)通過單總線與單片機(jī)相連形成分布式系統(tǒng).控制器通過溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)各節(jié)點(diǎn)的溫度變化，并在液晶顯示屏上循環(huán)顯示各節(jié)點(diǎn)溫度的變化。通過串口將檢測(cè)到的溫度信息回饋到上位機(jī)（PC機(jī))，從而遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)。關(guān)鍵字：多節(jié)點(diǎn)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。.。.。.。.。.。.。.。.。.

4、。.。5 1.2無線溫度傳感器的介紹.。.。.。.。.。.。.。.。.。.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(shí)驗(yàn)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.。.。.。.。.。.。.

5、。.。.。.。.。.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(jié)論.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。30致謝.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。31參考文獻(xiàn)。.。.。.

6、。.。.。.。.。.。.。.。.32引言隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)的需要,利用無線通信進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集的方式已經(jīng)滲透到社會(huì)生活生產(chǎn)的每一個(gè)角落，溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度在影響生產(chǎn)效益的同時(shí)也在逐步得到社會(huì)的重視. 本次系統(tǒng)的控芯片以CC2530為主體，實(shí)際應(yīng)用中需要我們測(cè)量范圍可達(dá)0100,要求實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)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(jī)，并在上位機(jī)中的單片機(jī)的控制下接收數(shù)據(jù)信號(hào)。在環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)過程中，往往存在局部溫度差異的現(xiàn)象,采用單點(diǎn)溫度采集的方式不能準(zhǔn)確反映一個(gè)溫度場(chǎng)的實(shí)際狀況，因此采用多點(diǎn)溫度采集的方式來解決這一問題.這次設(shè)計(jì)為三點(diǎn),由于測(cè)溫點(diǎn)的分布較為分散

7、,采用信號(hào)線傳輸溫度信號(hào)的方式成本較高，布線困難，且更改采溫點(diǎn)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美麗。而這無形中進(jìn)行著的神奇改變的關(guān)鍵莫過于高端的技術(shù)-物聯(lián)網(wǎng)智能,還有無線傳感器的應(yīng)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(cè)點(diǎn)的溫度采集后輸出的模擬信號(hào)逐步送往信號(hào)放大電路、低通濾波器以及A/D轉(zhuǎn)換器（即信號(hào)調(diào)理電路)，然后在單片機(jī)的控制下將A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)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(jī)，在上位機(jī)模塊中，發(fā)送來的數(shù)據(jù)由單片機(jī)控制的無線收發(fā)芯片接收

8、并解調(diào)，最后通過接口芯片發(fā)送到PC機(jī)中進(jìn)行顯示和處理。 溫濕度探頭直接使用IIC接口進(jìn)行控制，本此設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換然后再LCD顯示.其中對(duì)溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O(P1.0和P1。1）模擬一個(gè)類IIC得過程。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上,與 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)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(yīng)是集成傳感、無線通信、低功耗等技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。無線溫度傳感器應(yīng)以電池供電，在工程實(shí)施中避免了大工作量的通

9、訊線纜、管線、供電線路的鋪設(shè)，用戶也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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、氣體傳感元件，以及流量、位移、開關(guān)量、雨量、風(fēng)速風(fēng)向等等各種傳感器。無線溫度傳感器應(yīng)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(chǔ)、冷藏、冰柜、恒溫恒濕生產(chǎn)車間、辦工場(chǎng)所等等領(lǐng)域。在工業(yè)、電力行業(yè)中，電氣設(shè)備的正常運(yùn)行保證了社會(huì)的正常運(yùn)作以及人民的正常生活,因此設(shè)備的可靠性至關(guān)重要。眾多企業(yè)提倡對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，而溫度是預(yù)防性維護(hù)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(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測(cè)是保證高壓

10、設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。高溫過熱直接導(dǎo)致電氣材料的的機(jī)械強(qiáng)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(huì)加速設(shè)備連接點(diǎn)氧化，氧化結(jié)果又促使接觸電阻值繼續(xù)增加，發(fā)熱加劇，溫度持續(xù)上升，導(dǎo)致高溫過熱。而高溫過熱問題又是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會(huì)不斷加劇，每次溫度變化所增加的接觸電阻值，將會(huì)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(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的使用壽命。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方式周期長、施工復(fù)雜,效率低，不便于管理,發(fā)生故障時(shí)要耗費(fèi)大量的人力物理排查和重新鋪設(shè)線纜。而在特定場(chǎng)合下監(jiān)測(cè)點(diǎn)分散、環(huán)境封閉或有高電壓，很多測(cè)溫方式無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量

11、工作。無線溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（NT1000)是集先進(jìn)傳感技術(shù)、數(shù)字識(shí)別技術(shù)、無線通信技術(shù)、低功耗技術(shù)、抗干擾技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，由無線溫度顯示儀、無線溫度傳感器、后臺(tái)管理系統(tǒng)組成.可對(duì)多種惡劣環(huán)境條件下的設(shè)備溫度變化情況實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程同時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，方便維護(hù)人員全面及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況.具體應(yīng)用在電氣設(shè)備的各種觸點(diǎn)、連接點(diǎn)，如:母線接頭、電纜接頭、室外刀閘開關(guān)觸點(diǎn)、變壓器及電動(dòng)機(jī)引線接頭等測(cè)點(diǎn)。系統(tǒng)可以以電子地圖的形式顯示整個(gè)溫度場(chǎng)的分布,可清晰發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)，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(cè)溫通信終端（溫度顯示儀）、溫度檢測(cè)預(yù)警

12、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(cè)量三部分組成.測(cè)溫后，將溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳遞給測(cè)溫通訊終端.主要安裝在易發(fā)熱的電纜連接、變壓器與開關(guān)的表面.每個(gè)無線溫度傳感器具有唯一的ID編號(hào)，實(shí)際安裝使用時(shí)記錄每個(gè)傳感器的安裝地點(diǎn)，并與編號(hào)一起錄入溫度檢測(cè)工作站計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。傳感器每隔一定時(shí)間(可以事先設(shè)定）自動(dòng)發(fā)射一次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)溫度異常立即報(bào)警，可不受發(fā)送周期限制。1。3無線溫度采集類型：溫度測(cè)量方法有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類。這次我設(shè)計(jì)的是無線，即非接觸式的.非接觸測(cè)溫時(shí)，溫度敏感元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過輻射能量進(jìn)行熱交換，由輻射能的大小來

13、推算被測(cè)物體的溫度.目前常用的非接觸式測(cè)溫儀表有： 1) 輻射式溫度計(jì)。其測(cè)量原理是基于普朗克定理，如光電高溫計(jì)、輻射傳感器、比色溫度計(jì)。 2） 光纖式溫度計(jì)。它是利用光纖的溫度特性來實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)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(jì)。 而此次設(shè)計(jì)的為無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(shí)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(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC

14、2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì).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(gè)無線節(jié)點(diǎn)模塊插入到帶 LCD 的智能主板的相應(yīng)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(kuò)展口位置; 4、將 CC2530 仿真器的一端通過 USB 線（A 型轉(zhuǎn) B 型）連接到 PC 機(jī)，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(guān)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(shí),表示連接成功; 6、觀察 LCD 上溫度、濕度和光照強(qiáng)度的變化; 7、用一個(gè)物體擋住光照傳感器的光線，

15、觀察 LCD 上光照強(qiáng)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(jìn)行控制。其電路原理圖如下所示: 圖3.1電路原理圖 本次設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換然后再LCD顯示.其中對(duì)溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（P1。0和P1。1）模擬一個(gè)類IIC得過程。 3.2實(shí)驗(yàn)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(biāo)定的數(shù)字輸出.傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏

16、感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件,并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接.SHT10 引腳特性如下： 1。 VDD，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(gè) 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(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)

17、傳輸期間，在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突,微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng) DATA 在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻(例如:10k）將信號(hào)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(dòng)傳輸"時(shí)序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?它包括：當(dāng) SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí) DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”，和五個(gè)命令位。SHT10 會(huì)以下述方）式表示已正確地接收到指令:在第 8 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之

18、后，將 DATA 拉為低電平（ACK位）。在第 9 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后,釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。 （2）測(cè)量時(shí)序(RH 和 T)： 發(fā)布一組測(cè)量命令（00000101表示相對(duì)濕度 RH，00000011表示溫度 T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過程需要大約 11/55/210ms，分別對(duì)應(yīng) 8/12/14bit 測(cè)量。確切的時(shí)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(jìn)入空閑模式,表示測(cè)量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā) SCK 時(shí)鐘前,必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥"信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)

19、在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 奇偶校驗(yàn)。 需要通過下拉 DATA 為低電平，uC以確認(rèn)每個(gè)字節(jié).所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始，右值有效（例如：對(duì)于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個(gè)SCK 時(shí)鐘起算作 MSB； 而對(duì)于 8bit 數(shù)據(jù)， 首字節(jié)則無意義）。用 CRC 數(shù)據(jù)的確認(rèn)位，表明通訊結(jié)束。如果不使用 CRC8 校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值 LSB 后，通過保持確認(rèn)位 ack 高電平， 來中止通訊。在測(cè)量和通訊結(jié)束后，SHTxx 自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。 （3）通訊復(fù)位時(shí)序： 如果與 SHTxx 通訊中斷，下列信號(hào)時(shí)序可以復(fù)位串口：當(dāng) DATA 保持高電平時(shí),

20、觸發(fā)SCK 時(shí)鐘 9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序。這些時(shí)序只復(fù)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(shè)計(jì)是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).因此，其重點(diǎn)是溫濕度數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實(shí)現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無線傳感的軟件支持，軟件支持就是程序編程。實(shí)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(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)的硬件部分可以大體有無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于C

21、C2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)等組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面是以數(shù)據(jù)為中心的,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜止不動(dòng)的。在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測(cè)特定的對(duì)象以外，還需要進(jìn)行簡單的計(jì)算，維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)無線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題。無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(wù)器或應(yīng)用終端。

22、目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所包括的4個(gè)基本實(shí)體對(duì)象。大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署,單個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)傳輸信息的單跳鏈接或一系列無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同形成對(duì)目標(biāo)的感知。傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的目標(biāo)信號(hào)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(diǎn)傳輸?shù)接^測(cè)節(jié)點(diǎn)。用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元?jiǎng)t能夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Internet等外部網(wǎng)絡(luò)，與觀測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互.觀測(cè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求和控制指令，接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。 4。1.1無線傳感器節(jié)點(diǎn)模型：圖4。1無線傳感器節(jié)點(diǎn)模型4。2無線溫度采集系統(tǒng)軟件：實(shí)現(xiàn)溫度

23、數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要有zibee技術(shù)概述、Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、AODV路由協(xié)議等幾部分組成。而Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層主要包括: 網(wǎng)絡(luò)層概述、網(wǎng)絡(luò)層所實(shí)現(xiàn)功能、網(wǎng)絡(luò)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(shù)概述 Zigbee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無線通信市場(chǎng)上低功耗、低成本、低速率的空缺。同時(shí)隨著Zigbee技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的注意力和研究力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面.Zigbee技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗

24、的無線網(wǎng)絡(luò)。 Zigbee技術(shù)的應(yīng)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(fèi)電子、汽車自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個(gè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,特別是工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化，將會(huì)成為今后Zigbee芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域.通常符合以下條件之一的應(yīng)用,都可以考慮采用Zigbee技術(shù)： (1）網(wǎng)點(diǎn)多:需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)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）體積小：設(shè)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(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，地形復(fù)雜

25、，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積. （7）現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。 （8）遙測(cè)、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸。 （9）局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差、成本高的。 Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)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(dòng)化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)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(gè)領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化。 Zi

26、gbee技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù)，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(shù)的本質(zhì)，它具有下列特性：低功耗、高度擴(kuò)展性、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(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供管理、維護(hù)等服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為其上層提供服務(wù)接口,并且每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP)提供了一系列的基本服務(wù)指令來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。Zigbee協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層: (1）APP（Application Programming）：應(yīng)用層目錄，

27、這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域,在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)項(xiàng)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(wù)實(shí)現(xiàn)的。 (2）HAL（Hardware (H/W） Abstraction Layer)：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)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(gè)從MAC層以硬件層無線信道的接口。在硬件層中，包含一個(gè)硬件層管理實(shí)體（PLME），該實(shí)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(wù)提供其接口,同時(shí)，還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件層所管理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)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

28、置文件及其MAC 的LIB 庫的函數(shù)接口文件。實(shí)現(xiàn)的功能有:1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。2、支持PAN的連接和斷開連接。3、同信標(biāo)保持同步。4、在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。5、處理和維護(hù)GTS機(jī)制。6、信道接入采用CSMACA接入機(jī)制。7、支持設(shè)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(gè)字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。 （4）MT(Monitor Test）：實(shí)現(xiàn)通過串口可控各層，與各層進(jìn)行直接交互. （5)NWK（ZigBee Network Layer）：網(wǎng)絡(luò)層目錄,含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層

29、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). （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(guān)配置信息。 （11）ZDO(ZigBee Device Objects)：ZDO 目錄。 （12）ZMac： MAC 層

30、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：輸出文件目錄，這個(gè)EW8051 IDE 自動(dòng)生成的. 4.2。3 ZIGBEE協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層 ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用層提供一個(gè)合適的服務(wù)接口。為了和應(yīng)用層通信，必須向其提供接口，網(wǎng)絡(luò)層的概念包括了兩個(gè)必要的功能服務(wù)實(shí)體。它們分別為數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（NLDE）和管理服務(wù)實(shí)體（NLME）。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（N

31、LDE）通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)接入點(diǎn)（NLDE-SAP）提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的管理庫服務(wù)接入點(diǎn)（NLME-SAP)提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體來獲得一些網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù),并完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作。并且，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫，叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(NIB）,網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息庫(NIB）的維護(hù)和管理。 4。2。4AODV路由協(xié)議 AODV自組織按需請(qǐng)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(zhuǎn)發(fā)分組方式，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間保存了路由請(qǐng)求

32、和路由回答的結(jié)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(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)中建立和維護(hù)一個(gè)自啟動(dòng)的，動(dòng)態(tài)的,多跳路由的專屬網(wǎng)絡(luò)。它是一種按需的改進(jìn)的距離向量路由協(xié)議,具有按需路由協(xié)議的特點(diǎn)即在AODV路由協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在需要進(jìn)行通信時(shí)才發(fā)送路由分組，而不會(huì)周期性地交互路由信息以得到所有其它主機(jī)的路由；同時(shí)具有距離向量路由協(xié)議的一些特點(diǎn)，即各節(jié)點(diǎn)路由表只維護(hù)本節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的路由，而無需掌握全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中連接的斷開和異動(dòng)都會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，AODV 使得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能適時(shí)對(duì)這種變化做出響應(yīng)。AODV 的操作是無自環(huán)的，并且由于解決了 BellmanFor

33、d“無窮計(jì)數(shù)"的問題，使得該算法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí)能夠快速收斂。當(dāng)一個(gè)連接斷開時(shí),AODV 會(huì)告知所有受到影響的節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)會(huì)讓用到這個(gè)連接的路由失效。AODV 的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它在每個(gè)路由表項(xiàng)上使用了目的序列號(hào)。目的序列號(hào)由目的節(jié)點(diǎn)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(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)。目的序列號(hào)的使用確保了無回環(huán)，并且易于編程.如果到一個(gè)目的有兩條路由可供選擇,那么收到請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)將會(huì)選擇序列號(hào)最大的那一條。此外，AODV另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是它加入了組播路由協(xié)議擴(kuò)展，并支持QOS.它的缺點(diǎn)是:不支持單向信道,原因是AODV協(xié)議基于雙向信道的假設(shè)工作，路由回答分

34、組直接沿著路由請(qǐng)求的反方向回到源節(jié)點(diǎn). 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(luò)節(jié)點(diǎn)cc25301芯片SHT11電阻10電解電容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(yīng)用的一個(gè)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530

35、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(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。CC2530F256 結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee 協(xié)議棧（ZStack），提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee 解決方案.CC2530F64 結(jié)合了德州儀器的黃金單元RemoTI,更好地提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee RF4CE 遠(yuǎn)程控制解決方案.圖5。2 CC2530功能引腳圖5.3 CC2530特性1.強(qiáng)大無線前端 2.4 GHz I

36、EEE 802.15。4標(biāo)準(zhǔn)射頻收發(fā)器 。出色的接收器靈敏度和抗干擾能力.可編程輸出功率為4.5 dBm，總體無線連接102dbm。極少量的外部元件。 支持運(yùn)行網(wǎng)狀網(wǎng)系統(tǒng)，只需要一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI EN300 328和EN 300 440 （歐洲），F(xiàn)CC的CFR47第15部分（美國）和ARIB STDT66 (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(jì)時(shí)器運(yùn)行）:1微安

37、.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 / 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(shè)強(qiáng)大五通道DMA。 IEEE 802。15.4標(biāo)準(zhǔn)的MAC定時(shí)器，通用定時(shí)器（一個(gè)16位，2個(gè)8位)。 紅外發(fā)生電路. 32KHZ的睡眠計(jì)時(shí)器和定時(shí)捕獲。 CSMA/CA硬件支持. 精確的數(shù)字接收信號(hào)強(qiáng)度指示/ LQI支持。 電池監(jiān)視器和溫度傳感器

38、。 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(gè)強(qiáng)大的通用同步串口. 21個(gè)通用I / O引腳?？撮T狗定時(shí)器。 5。應(yīng)用 2。4 GHz IEEE 802。15。4標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)化 。照明系統(tǒng) .工業(yè)控制和監(jiān)測(cè) 。低功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 。消費(fèi)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(shè)計(jì)流程圖7、 系統(tǒng)控制程序發(fā)射芯片U1： #include<reg51.h #define uint unsigned

39、int #define uchar unsigned char sbit pin_1820=P17； bit flag,f; uchar temp,tempdf,tempint； void delay(unsigned int i) unsigned int j; for（;i0;i-） for（j=0；j125;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

40、； void set_ds1820(） while(1) uchar delay； flag=0； pin_1820=1； delay=1; 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 comm

41、and） uchar delay，i; for（i=8；i0；i-） pin_1820=0; delay=6; while(-delay); pin_1820=command0x01；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； del

42、ay=4; while（-delay); if（pin_1820)temp=0x80； delay=25； while(delay); if（j=2）templ=temp； else temph=temp； while（j)； f=0; if(（temph0xf8)！=0x00） f=1; temph=temph； templ=templ; k=templ+1； templ=k； if(k>255) temph+; tempdf=templ0x0f; 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）