低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

1、本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計 院系名稱： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二一二年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Node Design of Low Power Wireless Sensor Network Candidate： Specialty： Class： Supervisor： Heilongjiang Institute of Technology2012-06·Harbin摘 要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的誕生要歸功于傳感器技術(shù)、無線通信技

2、術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展。它是一個自組網(wǎng)絡(luò)，由分布在監(jiān)測區(qū)域的大量微型傳感器節(jié)點組成，其作用是將網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知的對象信息通過無線通信的方式匯聚到處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，它能夠廣泛應(yīng)用于軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、制造、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、物流等領(lǐng)域?？上攵獰o線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集的一場革命，是21世紀最重要的技術(shù)之一。本設(shè)計應(yīng)用MSP430系列低功耗處理芯片和CC2520射頻信號收發(fā)芯片這兩種芯片，通過其外圍電路的設(shè)計，并使用Zigbee來編寫通訊協(xié)議，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗。做到在特殊環(huán)境下的溫度采集，以及信號在個節(jié)點之間的傳播。關(guān)鍵詞

3、：無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；低功耗；MSP430；CC2520；ZigbeeABSTRACTWireless sensor network technology was born thanks to the sensor technology, wireless communication technology and the rapid development of semiconductor technology. It is a self-organizing network, the distribution in the region to monitor a large number

4、of micro sensor nodes, whose effect is that the network coverage area by sensing the object information through a wireless communication way together to the processing center. Wireless sensor networks are very broad application prospects, It can be widely used in military, aerospace, anti-terrorism,

5、 explosion-proof, disaster relief,industrial , manufacturing, medical, health, home furnishing,environment , logistics and other fields. We can imagine the wireless sensor network is perceived and gathering information revolution of twenty-first Century, is one of the most important technologies. De

6、sign and application of the MSP430 series low power chip and a CC2520 radio signal transceiver chip of the two chip, through its peripheral circuit design, and use the Zigbee to prepare a communication protocol of wireless sensor network, low power consumption.The node to the special circumstances o

7、f the temperature collection, as well as the signal in the nodes between the transceivers.Key words: Wireless sensor network; node; low power;MSP430;CC2520;Zigbee目 錄摘要IABSTRACTII第1章 引言11.1 概述11.2 無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)21.2.1無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展21.2.2無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)31.3 基于IEEE802.15.4/ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介及協(xié)議標(biāo)準41.3.1 Z

8、igBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介41.3.2 ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準51.4 本文主要內(nèi)容71.5 本文結(jié)構(gòu)安排7第2章 整體方案分析82.1 整體方案確定82.2 低功耗的方案對比和選擇92.2.1 處理器的對比和選擇92.2.2 信號收發(fā)芯片的選擇92.2.3 通訊協(xié)議的選擇102.3 本章小結(jié)10第3章 硬件電路設(shè)計分析113.1 硬件電路設(shè)計思路11 MSP430系列芯片具體型號的確定11 電路主體結(jié)構(gòu)框架圖及其工作原理113.2 電路主要部分的分析123.2.1 MSP430F2618芯片的外圍電路及分析123.2.2 CC2520射頻收發(fā)芯片的外圍電路及分析133.2

9、.3電源升壓電路以及溫度傳感電路133.3 本章小結(jié)14第四章 軟件設(shè)計分析154.1 主程序方框圖154.2 數(shù)據(jù)發(fā)射程序164.2.1 讀取數(shù)據(jù)子程序設(shè)計164.2.2 發(fā)射子程序設(shè)計164.3 數(shù)據(jù)接收程序174.4 本章小結(jié)18結(jié)束語19參考文獻20致謝22附錄23附錄A 低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電路原理圖23附錄B 程序24附錄C 英文文獻翻譯41第1章 引 言1.1 概述當(dāng)今社會因為互聯(lián)網(wǎng)的存在發(fā)生了革命性的改變，不但改變了人們的生活方式，同時也改變了人們的思維模式。而近幾年不甘于停滯的創(chuàng)新者們又提出了一個全新的概念物聯(lián)網(wǎng)。而物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識別（RF

10、ID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。其實也就是讓生活變得更加的智能化，可以使用個人PC機或者手機進行控制。不過物聯(lián)網(wǎng)只是剛剛興起的概念，雖然不是不可能完成的，但是對于現(xiàn)在的技術(shù)而言，具有一定難度。然而近幾年來，人們對于無線傳感器的廣泛應(yīng)用，給物聯(lián)網(wǎng)提供了一個實現(xiàn)的可能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)

11、，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸被網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景非常廣闊，它能夠廣泛應(yīng)用于軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、制造、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、物流等領(lǐng)域。而且當(dāng)今社會的發(fā)展對于無線傳感器的低功耗的要求也是越來越迫切，不單單是為了節(jié)省能源，更是為了讓無線網(wǎng)絡(luò)能夠為人類更好的服務(wù)，而且一些運用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的地方，即使是安裝無線傳感器也是十分危險的，更不用說要頻繁的更換電池。因此我們在處理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的問題時，首先要了解無線傳感器。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點具有端節(jié)點和路由的功能，其一方面是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，另一

12、方面是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由，即對本身采集到的數(shù)據(jù)和接收的其他節(jié)點的數(shù)據(jù)進行綜合，并轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點常常是個數(shù)有限的，而且能量能可以常常得到補充的，并使用多種方式與外界聯(lián)系的節(jié)點。但是傳感器節(jié)點通常采用電池供電且數(shù)目非常龐大，并大多工作在無人區(qū)域或者對人體有傷害的惡劣環(huán)境中，不能給電池充電或更換電池，因此一旦無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量耗盡，并且更換電池?zé)o望的話，那么該節(jié)點就將退出網(wǎng)絡(luò)，這樣就直接影響整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的實用性和生命周期。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必須是低功耗的，而如何高效的使用能量來最大化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。1.2 無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

13、展及關(guān)鍵技術(shù)1.2.1無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展無線傳感器的應(yīng)用最早可以追溯二十世紀70年代越戰(zhàn)時期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。當(dāng)年美越雙方在密林覆蓋的“胡志明小道”進行了一場血腥較量，這條道路是胡志明部隊向南方游擊隊源源不斷輸送物資的秘密通道，美軍曾經(jīng)絞盡腦汁動用航空兵狂轟濫炸,但效果不大。后來，美軍投放了2萬多個“熱帶樹”傳感器。所謂“熱帶樹”實際上是由震動和聲響傳感器組成的系統(tǒng)，它由飛機投放，落地后插入泥土中，只露出偽裝成樹枝的無線電天線，因而被稱為“熱帶樹”。只要對方車隊經(jīng)過，傳感器探測出目標(biāo)產(chǎn)生的震動和聲響信息，自動發(fā)送到指揮中心，美機立即展開追殺，總共炸毀或炸壞4.6萬輛卡車。隨著大規(guī)模

14、戰(zhàn)爭的結(jié)束，二十世紀80年代至90年代之間，主要是美軍研制的分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、海軍協(xié)同交戰(zhàn)能力系統(tǒng)、遠程戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)等。這種現(xiàn)代微型化的傳感器具備感知能力、計算能力和通信能力。因此在1999年，商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀最具影響的21項技術(shù)之一。而21世紀開始至今，自911事件發(fā)生之后。現(xiàn)階段的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點在于網(wǎng)絡(luò)傳輸自組織、節(jié)點設(shè)計低功耗。除了應(yīng)用于情報部門反恐活動以外，在其它領(lǐng)域更是獲得了很好的應(yīng)用，所以2002年美國國家重點實驗室橡樹嶺實驗室提出了“網(wǎng)絡(luò)就是傳感器”的論斷。由于無線傳感網(wǎng)在國際上被認為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)，2003年美國技術(shù)評論雜志評出對人類未來生

15、活產(chǎn)生深遠影響的十大新興技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一。在現(xiàn)代意義上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用方面，我國與發(fā)達國家?guī)缀跬絾?，它已?jīng)成為我國信息領(lǐng)域位居世界前列的少數(shù)方向之一。在2006年我國發(fā)布的國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要中，為信息技術(shù)確定了三個前沿方向，其中就有兩項與傳感器網(wǎng)絡(luò)直接相關(guān)，這就是智能感知和自組網(wǎng)技術(shù)。當(dāng)然，傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也是符合計算設(shè)備的演化規(guī)律。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗就變得尤為重要，而想讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點低功耗，就要了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組成和功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組成和功能包括如下四個基本單元：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成

16、）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成）、以及電源部分。此外，可以選擇的其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、運動系統(tǒng)以及發(fā)電裝置等。1.2.2無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)相比有一些獨有的特點，正是由于這些特點使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很多新問題，提出了很多新的挑戰(zhàn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要有五個特點：（1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量大、密度高。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的微型化，每個節(jié)點的通信和傳感半徑很有限，一般為十幾米范圍之內(nèi)，而且為了節(jié)能，傳感器節(jié)點大部分時間處于睡眠狀態(tài)，所以往往通過鋪設(shè)

17、大量的傳感器節(jié)點來保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量和密度都要比Ad hoc網(wǎng)絡(luò)高幾個數(shù)量級，可能達到每平方米上百個節(jié)點的密度，甚至多到無法為單個節(jié)點分配統(tǒng)一的物理地址。這會帶來一系列問題，如信號沖突、信息的有效傳送路徑的選擇、大量節(jié)點之間如何協(xié)同工作等。 （2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點有一定的故障率。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能工作在惡劣的外界環(huán)境之中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可能會由于各種不可預(yù)料的原因而失效，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)計成具有一定的容錯能力，允許傳感器節(jié)點具有一定的故障率。（3）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在電池能量、計算能力和存儲容量等方面有限制。由于傳感器節(jié)點微型化，節(jié)點的

18、電池能量有限，而且由于物理限制難以給節(jié)點更換電池，所以傳感器節(jié)點的電池能量限制是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計最關(guān)鍵的約束之一，它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。另一方面，傳感器節(jié)點的計算和存儲能力有限，使得其不能進行復(fù)雜的計算，傳統(tǒng)Internet網(wǎng)絡(luò)上成熟的協(xié)議和算法對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而方開銷太大，難以使用，必須重新設(shè)計簡單有效的協(xié)議及算法。 （4）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)變化很快。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特點，傳感器節(jié)點在工作和睡眠狀態(tài)之間切換以及傳感器節(jié)點隨時可能由于各種原因發(fā)生故障而失效，或者有新的傳感器節(jié)點補充進來以提高網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，這些特點都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)變化很快，這對網(wǎng)絡(luò)各種算法（

19、如路由算法和鏈路質(zhì)量控制協(xié)議等）的有效性提出了挑戰(zhàn)。此外，如果節(jié)點具備移動能力，也有可能帶來網(wǎng)絡(luò)的拓撲變化。 （5）以數(shù)據(jù)為中心（Data Centric）。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中人們只關(guān)心某個區(qū)域的某個觀測指標(biāo)的值，而且是不會去關(guān)心具體某個節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)，比如說人們可能希望知道“檢測區(qū)域的東北角上的溫度是多少”，而不會關(guān)心“節(jié)點8所探測到的溫度值是多少”。這就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的以數(shù)據(jù)為中心的特點。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)是和節(jié)點的物理地址聯(lián)系起來的，以數(shù)據(jù)為中心的特點要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠脫離傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的尋址過程，快速有效的組織起各個節(jié)點的信息并融合提取出有用信息直接傳送給用戶。2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

20、的體系結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般由四個部分組成：傳感單元（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成）、以及電源部分此外，可以選擇的其它功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。無線傳感器節(jié)點是任意分布在被檢測區(qū)域的，一般環(huán)境中采用人工埋置方法，這樣可以保證節(jié)點的大體均勻分布；在危險區(qū)域或者不方便人工埋置的情況下，可以采用飛機投放，炮彈彈射等方法。當(dāng)傳感器節(jié)點部署完成后，所有傳感器節(jié)點以自組織形式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，在每個節(jié)點構(gòu)建路由信息，以使每個節(jié)點都可以與網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點通訊。在這些節(jié)點中，有少數(shù)幾個節(jié)點

21、被稱為基站（Base Station）或者Sink節(jié)點，Sink節(jié)點起網(wǎng)關(guān)的作用，它將傳感器節(jié)點發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)發(fā)送給觀測者，發(fā)送的方式可以采用Internet、衛(wèi)星通信等；同時將觀測者的控制命令發(fā)送給各個傳感器節(jié)點。Sink節(jié)點必須在傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，用戶的控制終端可以在任何地域范圍內(nèi)。1.3 基于IEEE802.15.4/ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介及協(xié)議標(biāo)準1.3.1 ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議是由IEEE802.15.4-20032標(biāo)準的PHY和MAC層再加上ZigBee的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用支持層所組成的。其突出的特點是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持極

22、低成本、易實現(xiàn)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸、短距離操作、極低功耗、各層次的安全性等。為了達到極低的設(shè)計成本和極低的功率消耗，協(xié)議定義了兩種相互配合使用的物理設(shè)備，全功能設(shè)備和消減功能設(shè)備：（1） 全功能設(shè)備（Full Function Device, FFD），可以支持任何一種拓撲結(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進行通信； （2）消減功能設(shè)備（Reduced Function Device, RFD），只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進行通信，實現(xiàn)簡單。與物理節(jié)點相對應(yīng)，在IEEE802.15.4/ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要至少一個全功能設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者，終端節(jié)

23、點一般使用消減功能設(shè)備來降低系統(tǒng)成本和功耗，提高電池使用壽命。另外所有設(shè)備必須使用一個64位的IEEE地址；可以使用16位短地址來減少數(shù)據(jù)包大??；尋址模式可以為網(wǎng)絡(luò)加設(shè)備標(biāo)識符的星型結(jié)構(gòu)，或者源和目標(biāo)標(biāo)識符的點到點結(jié)構(gòu)（包括了簇樹和Mesh網(wǎng)絡(luò)）兩種。 物理層的設(shè)計是面向低成本和更高層次的集成需求的，對大部分較低端的實現(xiàn)來主，直接序列（Direct Sequence）的應(yīng)用使用模擬電路變得非常簡單，具有更高的容錯性能；MAC層的設(shè)計不但使得多種拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用變得簡單，可以實現(xiàn)非常有效的功耗管理，而不需要在很多管理模式之間的切換。MAC層可以使用一種消減功能設(shè)備（Reduced Functi

24、onal Device），由于其結(jié)構(gòu)簡單，不需要大量的Flash、ROM和RAM等存儲設(shè)備，從而保證了較長的電池壽命。MAC還進行了特別的設(shè)計，可以支持極大數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，而不需要對它們進行包裝處理；網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計支持網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在空間上增長而不需要使用高功耗的中繼器，而且網(wǎng)絡(luò)層在較少網(wǎng)絡(luò)負載的條件下可以支持更大數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。 基于IEEE802.15.4/ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其突出的特點和應(yīng)用前景，必將成為今后無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一大方向。1.3.2 ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準1、 概述 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們提出了在自身附近幾米范圍內(nèi)通信的要求，這樣就出現(xiàn)了個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（

25、Personal Area Network, PAN）和無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Personal Area Network, WPAN）的概念。WPAN網(wǎng)絡(luò)為近距離范圍內(nèi)的設(shè)備建立無線連接，把幾米到幾十米范圍內(nèi)的多個設(shè)備通過無線方式連接在一起，使他們可以相互通信甚至接入LAN或者Internet。2001年8月成立的ZigBee聯(lián)盟就是一個針對WPAN網(wǎng)絡(luò)而成立的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。該聯(lián)盟致力于近距離、低復(fù)雜度、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。他們開發(fā)的技術(shù)被稱為ZigBee技術(shù)，該技術(shù)希望被部署到商用電子、住宅及建筑自動化、工業(yè)設(shè)備監(jiān)測、PC外設(shè)、醫(yī)療傳感設(shè)備、玩具以及游戲等其他無線傳感

26、和控制領(lǐng)域當(dāng)中。 ZigBee聯(lián)盟已于2005年6月27日公布了第一份ZigBee規(guī)范“ZigBee Specification V1.0”。這標(biāo)準定義了在IEEE802.15.4-2003物理層和標(biāo)準媒體接入控制層上的網(wǎng)絡(luò)層及支持的應(yīng)用的服務(wù)。ZigBee聯(lián)盟的長期目標(biāo)是能夠建立基于互操作平臺和配置文件的可伸縮、低成本嵌入式基礎(chǔ)架構(gòu)。 在W-PAN中有三種網(wǎng)絡(luò)角色：PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和設(shè)備。這三種角色在IEEE802.15.4/ZigBee規(guī)范中分別對應(yīng)ZigBee協(xié)調(diào)器、ZigBee路由器和設(shè)備。PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以看作是一個PAN的網(wǎng)關(guān)節(jié)點（也即SINK節(jié)點）。它是網(wǎng)絡(luò)建立的起點，負責(zé)PA

27、N網(wǎng)絡(luò)的初始化，確定PAN的ID號和PAN操作的物理信道并統(tǒng)籌短地址分配。協(xié)調(diào)器在加入網(wǎng)絡(luò)之后獲得一定的短地址空間。這個空間內(nèi)，他有能力允許其他節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，并分配短地址，當(dāng)然協(xié)調(diào)器還具備路由和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。PAN協(xié)調(diào)器和協(xié)調(diào)器周期發(fā)出信標(biāo)幀（Beacon Frame），必須是全功能設(shè)備（FFD）。設(shè)備是整個網(wǎng)絡(luò)的葉結(jié)點，它只能與它的父節(jié)點通信，也沒有加入其他任何節(jié)點的能力。設(shè)備可以是全功能設(shè)備（FFD）或縮減功能設(shè)備（RFD）。2、IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議框架IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準采用分層結(jié)構(gòu)。每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)

28、，管理實體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實體都通過服務(wù)接入點（SAP）為上層提供一個接口，每個SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語來實現(xiàn)所需的功能。 IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準堆棧架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場和應(yīng)用的實際需要定義的。其中，IEEE8021.5.4-2003標(biāo)準定義了底層：物理層（Physical Layer，PHY）和媒體訪問控制層（Medium Access Control Sub-Layer，MAC）層。ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer，NWK），應(yīng)用層（Application Layer，APL）架構(gòu)。其中應(yīng)用層包括

29、應(yīng)用支持子層（Application Support Sub-Layer，APS），應(yīng)用架構(gòu)（Application Framework，AF），ZigBee設(shè)備對象（ZigBee Device Objects，ZDO）以及用戶定義應(yīng)用對象。  IEEE802.15.4-2003工作在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段，定義了兩個物理層，分別工作在兩個頻段上：868/915MHz和2.4GHz。其中低頻段物理層覆蓋了868MHz的歐洲頻段和915MHz的美國與澳大利亞等國的頻段。高頻段則全球通用。IEEE802.15.4-2003 MAC層采用CSMA-CA機制來控制信道接入，主要負責(zé)傳輸信

30、標(biāo)幀，同步以及提供可依賴的傳輸機制。相關(guān)內(nèi)容將在以下的小節(jié)中具體介紹。 網(wǎng)絡(luò)層和的主要職責(zé)包括提供設(shè)備用來加入網(wǎng)絡(luò)和離開網(wǎng)絡(luò)的機制，提供數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)陌踩珯C制和路由機制。另外，發(fā)現(xiàn)并保持設(shè)備間的路由，發(fā)現(xiàn)一跳鄰居并存儲潛在鄰居信息也是由網(wǎng)絡(luò)層（NWK）完成的。ZigBee協(xié)調(diào)器的NWK層還必須負責(zé)啟動一個新的網(wǎng)絡(luò)，給新的關(guān)聯(lián)設(shè)備分配地址等工作。 IEEE802.15.4/ZigBee應(yīng)用層包括APS，AF，ZDO以及用戶定義應(yīng)用對象。應(yīng)用支持子層（APS）子層負責(zé)維護綁定表，以及傳輸在綁定的設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備綁定表用于根據(jù)設(shè)備間提供服務(wù)的要求來匹配設(shè)備并儲存相關(guān)設(shè)備信息的。ZigBee設(shè)備對象

31、（ZDO）負責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（如ZigBee協(xié)調(diào)器中斷設(shè)備），提出或響應(yīng)綁定請求，以及建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的安全關(guān)系。ZigBee設(shè)備對象（ZDO）還要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)及判定對方提供哪類服務(wù)。1.4 本文主要內(nèi)容本文的主要工作就是對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗技術(shù)進行分析，掌握其最佳低功耗的方案；對低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議進行學(xué)習(xí)、分析，找到制約其應(yīng)用的難點；重點對目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議的主流標(biāo)準IEEE802.15.4進行分析，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合TI公司的CC2520芯片和MSP430系列低功耗芯片，來實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗。1.5 本文結(jié)構(gòu)安排 本文的工作是圍繞著無線傳感

32、器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能、低功耗技術(shù)這一熱點問題進行的。本文的設(shè)計安排安排如下： 第一章為緒論。簡要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和應(yīng)用，同時簡要介紹了基于IEEE802.15.4/ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并指出了本文的技術(shù)內(nèi)容，即實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗。 第二章主要介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)技術(shù)說明，并且要較為全面地介紹IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準，主要描述其標(biāo)準的協(xié)議架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接入點、原語等基本概念以及對低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗特點進行分析，對比現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)，并提出整體的方案。第三章是本文的核心。在這里給出了整體的硬件電路設(shè)計思路，并且對電

33、路的各個部分進行分析與解釋。 第四章敘述程序的編程方案，給出程序的框架結(jié)構(gòu)圖并對全文進行總結(jié)，并對以后的設(shè)計工作進行展望。第2章 整體方案分析2.1 整體方案確定針對本設(shè)計的整體方案分析如下： （1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x主要由射頻芯片決定，因此，需要選擇一款通信距離大于50米且功耗較低的信號射頻收發(fā)芯片。正常情況下傳感器節(jié)點間距離為50100米左右比較適宜，而環(huán)境的不同將導(dǎo)致傳輸距離的不同，發(fā)射功率減小、溫度過低、障礙物等都將減小傳輸距離，低功耗設(shè)置下50米范圍正常情況可以達到。（2）在選擇芯片時應(yīng)考慮到射頻芯片的發(fā)送電流與接收電流，不能超過技術(shù)指標(biāo)，例如CC2520的接收電流在功率50dBm時為1

34、8.5mA，可以作為備選芯片。（3）普通的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓多為5V或3.3V，然而電壓高低影響著傳感器節(jié)點的功耗，因此在芯片選擇時要注意選擇供電電壓低的芯片以減小功耗。結(jié)合以上幾點，本設(shè)計的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示電源模塊傳感器模塊無線射頻收發(fā)模塊處理器模塊串口單元圖2.1 低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作過程結(jié)構(gòu)示意圖首先電池模塊對串口單元、傳感器模塊、處理器模塊和無線射頻收發(fā)模塊進行供電。傳感器模塊進行信息的采集，之后傳送給處理器模塊，隨后處理器模塊處理采集的信息，與此同時處理器模塊也把信息發(fā)給無線射頻收發(fā)模塊進行發(fā)射無線信號。當(dāng)然無線射頻收發(fā)模塊也可以接收外部信號，通過處理模塊的處理再把信號發(fā)送

35、給網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點或者用戶終端進行處理和顯示。2.2 低功耗的方案對比和選擇 通過對本設(shè)計初期理解，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗，本設(shè)計需要一個處理器，一個信號收發(fā)芯片和多點通訊協(xié)議。因此我需要對這三方進行對比、選擇。2.2.1 處理器的對比和選擇1、51系列單片機的特點51單片機是單片機中的一種，單片機（single-chip microcomputer）是一塊集成芯片，但不是一塊實現(xiàn)某一個邏輯作用的芯片，而是在這塊芯片當(dāng)中，集成了一個計算機系統(tǒng)。如中央處理器（CPU）、存儲器（ROM,RAM）、I/O接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。中央處理器是單片機的核心單元，他由運算器和控制器組成，他

36、的主要作用是實現(xiàn)算術(shù)運算、邏輯運算、和控制。其特點有：有優(yōu)異的性價比、集成度高、體積小、有很高的可靠性、控制作用強、擴展性能好，非常容易構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)。 2、MSP430系列芯片的特點TI公司的MSP430系列芯片其工作電壓范圍為1.83.6V，它具有五種節(jié)電工作模式，在不同的模式下消耗的電流在0.1400A，可以獲得很低的功耗。從休眠到正常工作整個喚醒時間只需6s，反應(yīng)速度快。它內(nèi)部集成了A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。具有保持電路，具有硬件乘法器可以進行的簡單的數(shù)字濾波等數(shù)據(jù)分析處理，具有60K程序儲存器和2K數(shù)據(jù)儲存器，可以保存一定數(shù)據(jù)，非常適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。利用MSP430系列芯片的片內(nèi)

37、資源，使節(jié)點不僅具有較完善的功能，還可化簡系統(tǒng)硬件電路，降低功耗和體積，大大提高節(jié)點的可靠性和性價比。依據(jù)以前兩種處理器的對比和分析，本設(shè)計很容易的就可以確定使用MSP430系列的芯片作為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理芯片。2.2.2 信號收發(fā)芯片的選擇從上節(jié)得到的分析結(jié)果，我發(fā)現(xiàn)了TI公司的CC2520射頻信號收發(fā)芯片。該芯片專門用于企業(yè)、科學(xué)研究所與醫(yī)療部門的2.4GHz非正式頻率寬度所用。它具有當(dāng)今業(yè)界最佳的選擇性、共存性及優(yōu)異的鏈路預(yù)算功能特點，其產(chǎn)品目標(biāo)在于滿足各種應(yīng)用中ZigBee/IEEE 802.15.4同專有無線系統(tǒng)的要求，這包括工業(yè)監(jiān)控、家庭與樓宇自動化、機頂盒、遠程控制以

38、及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 CC2520芯片能與諸如TI MSP430超低功耗MCU等微控制器以及一些額外無源組件協(xié)同工作。CC2520產(chǎn)品為各種應(yīng)用提供了廣泛的硬件支持，包括數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)認證、空閑通道評估、鏈接質(zhì)量指示以及數(shù)據(jù)包計時信息等，從而降低了主機控制器上的負載。而MSP430 MCU系列產(chǎn)品具備各種高集成度外設(shè)，如動態(tài)存儲器存取(DMA)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)品能夠在實現(xiàn)高性能的同時，確保功耗很低，因此CC2520芯片對于基于ZigBee的應(yīng)用而言是完美選擇。2.2.3 通訊協(xié)議的選擇 在第1章和第2章中，都提到了Zigbee這種通訊協(xié)議，既

39、然已經(jīng)提到了兩次說明本設(shè)計的無線通訊協(xié)議與Zigbee是脫離不了關(guān)系的，為什么本設(shè)計要使用Zigbee通訊協(xié)議呢，其選擇的重點有以下幾點： （1）省電：由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低、并且采用了休眠模式，ZigBee技術(shù)可以確保兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時，當(dāng)然不同的應(yīng)用功耗是不同的;（2）可靠：采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息;（3）成本低：模塊的初始成本估計在6美元左右，很快就能降到1.5美元到2.5美元之間，且ZigBee協(xié)議是

40、免專利費的;（4）時延短：針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設(shè)備搜索時延典型值為30ms，休眠激活時延典型值是15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms;（5）網(wǎng)絡(luò)容量大：一個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254 個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò);（6）安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。2.3 本章小結(jié)本章主要講述了針對節(jié)點的構(gòu)成部分，我們確定了使用MSP430系列芯片為處理芯片，使用CC2520為射頻收發(fā)芯片，并且Zigbee作為最最適合CC

41、2520的通訊協(xié)議，自然地被本設(shè)計選用。第3章 硬件電路設(shè)計分析3.1 硬件電路設(shè)計思路 經(jīng)過第2章的敘述已經(jīng)確定了完成本設(shè)計所需要的主要元器件，所以本章開始講述低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計的硬件電路的設(shè)計。 MSP430系列芯片具體型號的確定 本文上述已經(jīng)確定了使用MSP430系列的芯片，由于ZigBee協(xié)議所需的Flash大小在70KB左右，RAM大小在6KB左右。能同時滿足這兩個要求的430單片機型號不多，所以經(jīng)過查找，發(fā)現(xiàn)MSP430f2618芯片，它有有64引腳和80引腳兩種封裝。為了開發(fā)的一致性，我們選用64引腳的封裝。這兩種封裝的差別是80引腳的片子比64引腳的多了兩組IO口。6

42、4引腳的片子含有6組IO口，基本可以滿足大家的開發(fā)要求。而且MSP430f2618含有豐富的資源：116KB+256B Flash存儲器、8KB RAM、8路具有內(nèi)部參考電壓，采樣保持，自動掃描特征的12位ADC、2路同步12位DAC、3個捕獲/比較寄存器的16位定時器TA、7個捕獲/比較Shadow寄存器的16位定時器TB片上比較器、4個通用串行通信接口（USCI）模塊功能非常強大，一般的開發(fā)設(shè)計都可以滿足。因此本設(shè)計使用MSP430f2618芯片，作為本設(shè)計的低功耗處理器芯片。 電路主體結(jié)構(gòu)框架圖及其工作原理CC2520MSP430F2618 外圍收發(fā)信號電路DS18B20干電池電源圖3.

43、1 主體電路結(jié)構(gòu)框架圖首先干電池電源對MSP430F2618芯片、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、CC2520收發(fā)芯片進行供電。數(shù)字溫度傳感器進行溫度信息的采集，之后傳送給處理器芯片，隨后處理器芯片處理采集的信息，與此同時處理器芯片也把信息發(fā)給無線射頻收發(fā)芯片，通過其外圍收發(fā)電路來發(fā)射無線信號。當(dāng)然無線射頻收發(fā)芯片也可以通過外圍收發(fā)電路，接收外部信號，通過處理器芯片的處理再把信號發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點或者用戶終端進行收發(fā)、處理和顯示。3.2 電路主要部分的分析3.2.1 MSP430F2618芯片的外圍電路及分析微控制器電路采用MSP430F2618 單片機的典型應(yīng)用電路.。MSP430F2618

44、是一個16位的單片機，集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)，分別有看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時器A ( T imer_A )、定時器B（T imer_B）、串口0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、8通道12位ADC、I2C 總線直接數(shù)據(jù)存?。―MA）、端口1 6（P1 P6）、基本定時器（Basic T imer）等外圍模塊；采用了精簡指令集（R ISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；有較高的處理速度，在8 MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125 ns。MSP430F26

45、18單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時, 用中斷請求將它喚醒只要用6s，電源電壓采用的是1. 8 3. 6 V電壓。具體MSP430F2618 單片機的典型應(yīng)用電路，如圖3.2所示：圖3.2 MSP430F2618 單片機的典型應(yīng)用電路3.2.2 CC2520射頻收發(fā)芯片的外圍電路及分析射頻收發(fā)電路采用CC2520 芯片構(gòu)成。CC2520是德州儀器（T I）推出2.4 GH z免授權(quán)ISM 頻帶專用的第二代ZigBee / IEEE 802.15.4無線射頻收發(fā)器，提供了選擇性/共存性和優(yōu)異的鏈路預(yù)算，專門支持各種ZigBee / IEEE 802

46、.15.4及專屬無線系統(tǒng)，適合工業(yè)監(jiān)視與控制、家庭與大樓自動化、機頂盒、遙控和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。射頻收發(fā)外圍電路原理圖如圖3.3所示。在射頻收發(fā)電路中，VCC _EM 輸入1. 8 V 到3. 8 V電源電壓。C13、C14、C15、C16為退耦電容；偏置電阻R3用來提供精確的偏置電流，其應(yīng)使用高精度56k（±1%）電阻；C10為偏壓器負載電容；Y3( 32 MH z)與C11、C12兩個負載電容一起組成外部晶體振蕩器。CC2520典型應(yīng)用電路中的不平衡變壓器由兩條傳輸線（TLIN inducto r）和一些分立元件（C4、C5、C6 與C9）組成，這種連接具有50的天線負載，在典

47、型應(yīng)用電路中還添加了一個由一條傳輸線和C7、C8 組成的低通濾波器，以便加強對二次諧波的抑制。圖3.3 CC2520射頻收發(fā)芯片外圍電路原理圖3.2.3電源升壓電路以及溫度傳感電路 隨著現(xiàn)在社會的不斷發(fā)展，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求也越來越多，無論是壽命，其精準度，甚至對于體積也有了越來越高的要求，希望無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在體積上越小越好，而對于本來就不算大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來說，一塊電池所占的體積就已經(jīng)不小了，因此本設(shè)計要設(shè)計一個升壓電路，使得一節(jié)1.5V干電池能夠提供3V的電壓，來驅(qū)動節(jié)點內(nèi)各個芯片能正常工作。其升壓電路如圖3.4所示。圖3.4 電源電路本系統(tǒng)的溫度傳感器采用Dallas半導(dǎo)體公司的

48、數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。這是世界上第一片支持“一線總線”界面的溫度傳感器。選用DS18B20為溫度傳感器的電路十分簡潔，9位溫度信號經(jīng)一條總線，直接傳遞給單片機進行處理（DS18B20的DQ與MSP430F2618的P2.3口相接）。電路如圖3.5。圖3.5 DS18B20與單片機的連接3.3 本章小結(jié) 本章主要講述了本設(shè)計的電路的部分主要電路，通過對各個部分的分析和理解，以求得對整體電路的分析與理解，把問題簡單化，使得問題呈現(xiàn)出它原本的樣子來，這樣本文就能更好的分析和解釋，本設(shè)計的設(shè)計思路和方法。第四章 軟件設(shè)計分析 伴隨著硬件電路設(shè)計的完成，本設(shè)計的節(jié)點主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實

49、現(xiàn)。系統(tǒng)軟件能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計外，與功能完善的軟件設(shè)計密不可分。因此軟件設(shè)計對于設(shè)計的成敗也起到至關(guān)重要的一面。本設(shè)計的軟件程序主要有兩方面，首先是發(fā)射程序的設(shè)計，然后是接收程序的設(shè)計。4.1 主程序方框圖 依據(jù)本設(shè)計的相關(guān)要求，編寫了以下主程序框架結(jié)構(gòu)圖。如圖4.1開始MCU處理數(shù)據(jù)MCU、無線模塊休眠無線模塊開啟發(fā)送模式否傳感器是否采集數(shù)據(jù)是MCU、無線模塊開啟無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)無線模塊開啟發(fā)送模式MCU、無線模塊休眠是無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束MCU、無線模塊休眠是無線模塊是否接收數(shù)據(jù)否圖4.1主程序框架結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計重點在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗，因此，在流程圖中適當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)

50、出MCU與無線模塊的休眠與啟動，是本設(shè)計的硬件低功耗的一大特點，只有在硬件應(yīng)用時才會啟動，其他時間里都是出于休眠狀態(tài)。4.2 數(shù)據(jù)發(fā)射程序4.2.1 讀取數(shù)據(jù)子程序設(shè)計讀取傳感器數(shù)據(jù)程序需要完成器件的初始化和當(dāng)采集外部環(huán)境變量送MCU處理等功能。讀取數(shù)據(jù)程序的的流程圖如圖4.2所示。程序開始后，首先初始化各I/O和各外部器件。然后開始調(diào)用讀傳感器程序，之后通過讀子函數(shù)傳回的值判斷是否溫度數(shù)據(jù)傳送完畢，定時完成濕度傳感器頻率的測量，開啟無線傳感模塊和MCU，然后送單片機運算成相對濕度。將讀回并運算后的數(shù)據(jù)經(jīng)Zigbee芯片RF部分發(fā)送出去。然后在調(diào)用讀取子函數(shù)繼續(xù)讀取下一幀數(shù)據(jù)。程序入口DS18

51、B20初始化讀取溫濕度數(shù)據(jù)否采集完畢? 是MCU、無線模塊開啟送MCU處理換算程序出口圖4.2 讀數(shù)據(jù)子程序4.2.2 發(fā)射子程序設(shè)計發(fā)射子程序的設(shè)計主要依靠Zigbee成都無線龍公司提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)框架在編譯器IAR上運行，通過Zigbee芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)射出去，發(fā)射子程序主要完成以下任務(wù)：第一，完成MCU對外圍傳感器的電參量的采集以及處理；第二，完成MCU與ZigbeeRF射頻模塊的實時通信；第三，始終使能發(fā)射數(shù)據(jù)。程序設(shè)計流程如圖4.3所示。在編寫發(fā)射模塊軟件時，應(yīng)尤為注意讀DS18B20的速度，讀DS18B20的速度為100ms左右，這就導(dǎo)致發(fā)射的數(shù)據(jù)不能連續(xù)，這個問題

52、可以通過定時器解決，設(shè)定定時器0中斷在一定的時間間隔內(nèi)去讀DS18B20傳感器，同時對于濕度傳感器也可以在中斷的定時器0當(dāng)中去讀T0引腳，然后通過公式轉(zhuǎn)換成相對濕度，在主函數(shù)當(dāng)中設(shè)定標(biāo)志位始終執(zhí)行發(fā)射數(shù)據(jù)包函數(shù)，這樣既減少了一定的數(shù)據(jù)延時，也使接收實時數(shù)據(jù)的效率打打提高，調(diào)試現(xiàn)象：對應(yīng)P00口的LED指示燈不斷閃爍，證明正在有數(shù)據(jù)被發(fā)射，還有一個最重要的問題就是一個發(fā)射模塊使用一個發(fā)射芯片，也就是一個單片機，怎樣實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)同時傳送呢，通過具體調(diào)試，可以利用在讀出的DS18B20溫度數(shù)據(jù)或換算完的相對濕度數(shù)據(jù)中加入一個標(biāo)志位，這樣接收時候就避免了將兩組數(shù)據(jù)混淆的結(jié)果。程序入口無線收發(fā)模塊啟動將數(shù)據(jù)寫入寄存器，使能發(fā)射否是否發(fā)送完畢? 是無線