基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、蘭 州 理 工 大 學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2014年春季學(xué)期 物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐 課程設(shè)計(jì) 題 目：基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是多學(xué)科的高度交叉，知識(shí)的高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性決定了其不需要較高的傳輸帶寬，而要求較低的傳輸延時(shí)和極低的功率消耗。IEEES02154ZigBee技術(shù)是近年來(lái)通信領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)

2、，具有低成本、低功耗、低速率、低復(fù)雜度的特點(diǎn)和高可靠性、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。此次課設(shè)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、信息采集、SHT10、串口通信 正文：4一、前言4二、基本原理52.1 SHT10引腳特性52.2 溫濕度傳感器模塊82.3 CC2530串口通信原理92.4 Zig Bee 簡(jiǎn)介10三、系統(tǒng)分析16四、詳細(xì)設(shè)計(jì)184.1硬件設(shè)計(jì)184.2 軟件設(shè)計(jì)214.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖214.4 代碼22總結(jié)33參考文獻(xiàn)34正文：一、前言物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可定制，適用于不同應(yīng)用

3、場(chǎng)合，對(duì)功能，可靠性，成本，體積，功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求，人類對(duì)環(huán)境信息的感知上有了更高的要求，在某些特殊工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和室內(nèi)存儲(chǔ)場(chǎng)合對(duì)環(huán)境要求顯得特別苛刻；隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境環(huán)境檢測(cè)提供了更進(jìn)一步的保障?；谖锫?lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)包含感知層、傳輸層、應(yīng)用層三個(gè)層面；傳輸層常見(jiàn)的有溫濕度、煙感、一氧化碳、壓力等物聯(lián)網(wǎng)傳感器模塊，傳輸層包括有線通信和無(wú)線通信兩部分，應(yīng)用層包括各種終端。在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合ZigBee技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確、完整、可靠的反應(yīng)環(huán)境信息，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控?；驹恚簼穸葌鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鞑杉綌?shù)

4、據(jù)后，通過(guò)給RS232串口增加ZigBee功能，替代設(shè)備電纜線進(jìn)行無(wú)線傳輸,串口傳輸設(shè)計(jì)為雙向全雙工，無(wú)硬件流控制，強(qiáng)制允許OTA(多條)時(shí)間和丟包重傳。本次課設(shè)采用的senser節(jié)點(diǎn)中燒寫EndDeviceEB程序，在協(xié)調(diào)器中燒寫CoordinatorEB程序。在設(shè)備綁定時(shí)先啟動(dòng)協(xié)調(diào)器綁定，后啟動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)綁定，按鍵SW1用于設(shè)備之間綁定，SW2用于啟動(dòng)匹配描述符請(qǐng)求。二、基本原理 本實(shí)驗(yàn)將使用 CC2530 讀取溫濕度傳感器 SHT10 的溫度和濕度數(shù)據(jù)，最后將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在 LCD 上顯示。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 II

5、C 的過(guò)程。其中該系統(tǒng)所使用的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。它采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。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(wú)縫連接。2.1 SHT10引腳特性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。它采用專利的CMOSens 技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。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

6、以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guò)“休眠”狀態(tài)。在此期間無(wú)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)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

7、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(lái)表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒?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)鐘的下降沿之后，將 DATA 拉為電平（ACK 位）。在第 9 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放 DAT

8、A（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(guò)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(guò)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(lái)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)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)。uC 需要通過(guò)下拉DATA 為低電平，

9、以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開(kāi)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(wú)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 CRC-8 校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值 LSB 后，通過(guò)保持確認(rèn)位 ack 高電平， 來(lái)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)，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. 2.2

10、 溫濕度傳感器模塊 溫濕度探頭直接使用 IIC 接口進(jìn)行控制，光敏探頭經(jīng)運(yùn)放處理后輸出電壓信號(hào)到 AD 輸入。IIC 接口將同時(shí)連接 EEPROM 以及溫濕度傳感器兩個(gè)設(shè)備，將采用使用不同的 IIC設(shè)備地址的方式進(jìn)行區(qū)分。其電路原理圖如下所示： 溫濕度傳感器模塊原理圖使用 1012bit 的 AD 采集器進(jìn)行光敏信號(hào)采集，使用專用溫濕度傳感器(IIC 接口)進(jìn)行溫濕度信號(hào)采集。一次采樣使用 2 字節(jié)描述，MSB 方式，溫濕度及光電傳感器模塊輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：（1）僅采集溫度信息 溫度數(shù)據(jù)高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)。 （2）僅采集濕度信息 濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)低字節(jié)。（4）采集全部信息 溫度數(shù)據(jù)

11、高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)低字節(jié)。 注意：本指令一次測(cè)量，最多只上傳 1 次采集數(shù)據(jù)，不支持連續(xù)采集數(shù)據(jù)上傳。 2.3 CC2530串口通信原理UART 接口可以使用 2 線或者含有引腳 RXD、TXD、可選 RTS 和 CTS 的 4 線。 UART 操作由 USART 控制和狀態(tài)寄存器 UxCSR 以及 UART 控制寄存器 UxUCR 來(lái)控制。這里的 x 是 USART 的編號(hào)，其數(shù)值為 0 或者 1。 當(dāng) UxCSR.MODE 設(shè)置為 1 時(shí)，就選擇了 UART 模式。 當(dāng) USART 收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器、寄存器 UxBUF 寫入數(shù)據(jù)時(shí)，該字節(jié)發(fā)送到輸出引腳 TXD

12、x。UxBUF 寄存器是雙緩沖的。 當(dāng)字節(jié)傳輸開(kāi)始時(shí)，UxCSR.ACTIVE 位變?yōu)楦唠娖?，而?dāng)字節(jié)傳送結(jié)束時(shí)為低。當(dāng)傳送結(jié)束時(shí)，UxCSR.TX_BYTE 位設(shè)置為 1.當(dāng) USART 收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖寄存器就緒，準(zhǔn)備接收新的發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)中斷請(qǐng)求。該中斷在傳送開(kāi)始之后立刻發(fā)生，因此，當(dāng)字節(jié)正在發(fā)送時(shí)，新的字節(jié)能夠裝入數(shù)據(jù)緩沖器。 當(dāng) 1 寫入 UxCSR.RE 位時(shí)，在 UART 上數(shù)據(jù)接收就開(kāi)始了。然后 UART 會(huì)在輸入引腳 TXDx中尋找有效起始位，并且設(shè)置 UxCSR.ACTIVE 位為 1.當(dāng)檢測(cè)出有效起始位時(shí)，收到的字節(jié)就傳入到接收寄存器，UxCSR.RX_BYTE

13、位設(shè)置為 1.該操作完成時(shí)，產(chǎn)生接收中斷。同時(shí)UxCSR.ACTIVE 變?yōu)榈碗娖健?通過(guò)寄存器 UxBUF 提供到的數(shù)據(jù)字節(jié)。當(dāng) UxBUF 讀出時(shí)，UxCSR.RX_BYTE 位由硬件清 0。2.4 Zig Bee 簡(jiǎn)介1 Zig Bee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無(wú)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(lái)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)鍵是發(fā)展是一種易布建，低成本，低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。Zig Bee在未來(lái)的幾十年里將在工業(yè)無(wú)線定位，工業(yè)控制

14、，消費(fèi)電子，汽車自動(dòng)化，家庭網(wǎng)絡(luò)，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芯片的主要領(lǐng)域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用，都可以采用此技術(shù)。（1） 網(wǎng)絡(luò)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)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，安全性高。（4） 體積?。涸O(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不方便放置（5） 電池供電。（6） 覆蓋量大：所需檢測(cè)點(diǎn)多，地形復(fù)雜，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)：使用先從移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的地?cái)?shù)據(jù)量傳輸。（9） 局部區(qū)域

15、移動(dòng)口標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差，成本高.2 ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實(shí)體都通過(guò)服務(wù)接人點(diǎn)SAP為上層提供接口，每個(gè)SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的功能。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的分層架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場(chǎng)和應(yīng)用的實(shí)際需要定義的。其中IEEE 8021542003標(biāo)準(zhǔn)定義了底層協(xié)議：物理層(physical layer，PHY)和媒體訪問(wèn)控制層(medium access control sublayer，MAC)。ZigBee 聯(lián)盟在此基礎(chǔ)

16、上定義了網(wǎng)絡(luò)層(network layer,NWK)，應(yīng)用層(application layer，APL)架構(gòu)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(application support sublayer，APS)和 ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZigBee device object，ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層采用基于Ad Hoc的路由協(xié)議，除了具有通用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)該與底層的IEEE 802154標(biāo)準(zhǔn)一樣功耗小，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護(hù)，以最大限度方便消費(fèi)者使用，降低網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)成本。應(yīng)用支持子層把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，主要包括安全

17、屬性設(shè)置、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。 ZigBee無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的組成及原理基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要由基于ZigBee技術(shù)的底層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及功能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)3部分組成,該系統(tǒng)是由大量的傳感器點(diǎn)、匯節(jié)點(diǎn)以及遠(yuǎn)程傳輸模塊組成的分布式系統(tǒng)?；诖氐姆謱咏Y(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力,簇頭就是分布式處理中心,即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)匯節(jié)點(diǎn)。每個(gè)簇成員(傳感器節(jié)點(diǎn))都把數(shù)據(jù)傳給簇頭,數(shù)據(jù)融合后直接傳給遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò),中央控制中心通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)匯節(jié)點(diǎn)連接,匯節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線的信息交換。帶有射頻收發(fā)器的無(wú)線傳感

18、器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點(diǎn);通過(guò)遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的有效控制和管理。圖2 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖1. 物理層物理層由半雙工的無(wú)線收發(fā)器及其接口組成，主要作用是激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；檢測(cè)信道的能量；顯示收到數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量；空閑信道評(píng)估；選擇信道頻率；數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。2. 媒體訪問(wèn)控制層媒體訪問(wèn)控制（MAC）層建立了一條節(jié)點(diǎn)和與其相鄰的節(jié)點(diǎn)之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。在協(xié)調(diào)器的MAC層，可以產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)，同步網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；支持ZigBee設(shè)備的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持設(shè)備加密；在信道訪問(wèn)方面，采用CSMA/CA信道退避算法，減少了碰撞

19、概率；確保時(shí)隙分配（GTS）；支持信標(biāo)使能和非信標(biāo)使能兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為兩個(gè)對(duì)等的MAC實(shí)體提供可靠連接。3. 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，主要功能包括設(shè)備連接和斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)所采用的機(jī)制，以及在幀信息傳輸過(guò)程中所采用的安全性機(jī)制。此外，還包括設(shè)備的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)和轉(zhuǎn)交。并且，網(wǎng)絡(luò)層完成對(duì)一跳(onehop)鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)結(jié)點(diǎn)信息的存儲(chǔ)。一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)，為新加入的設(shè)備分配短地址等。并且，網(wǎng)絡(luò)層還提供一些必要的函數(shù)，確保ZigBee的MAC層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層要求能夠很好地完成在IEEE 802154標(biāo)準(zhǔn)中MAC子層

20、所定義的功能，同時(shí)，又要為應(yīng)用層提供適當(dāng)?shù)姆?wù)接口。為了與應(yīng)用層進(jìn)行更好的通信，網(wǎng)絡(luò)層中定義了兩種服務(wù)實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)必要的功能。這兩個(gè)服務(wù)實(shí)體是數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(NLDE)和管理服務(wù)實(shí)體(NLME)。網(wǎng)絡(luò)層的NLDE通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(NLDESAP)來(lái)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，NLME通過(guò)管理服務(wù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(NLMESAP)來(lái)提供管理服務(wù)。NLME可以利用NLDE來(lái)激活它的管理工作，它還具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)層信息數(shù)據(jù)庫(kù)(NIB)進(jìn)行維護(hù)的功能。 在這個(gè)圖中直觀地給出了網(wǎng)絡(luò)層所提供的實(shí)體和服務(wù)接口等。 NLDE提供的數(shù)據(jù)服務(wù)允許在處于同一應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)。NLD

21、E提供的服務(wù)有：產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)和選擇通信路由。選擇通信路由，在通信中，NLDE要發(fā)送一個(gè)NPDU到一個(gè)合適的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備可能是通信的終點(diǎn)也可能只是通信鏈路中的一個(gè)點(diǎn)。NLME需提供一個(gè)管理服務(wù)以允許一個(gè)應(yīng)用來(lái)與協(xié)議棧操作進(jìn)行交互。 NLME需要提供以下服務(wù)：配置一個(gè)新的設(shè)備(configuring a new device)。具有充分配置所需操作棧的能力。配置選項(xiàng)包括：ZigBee協(xié)調(diào)器的開(kāi)始操作，加入一個(gè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)等。 4. 應(yīng)用層應(yīng)用層包括三部分：應(yīng)用支持子層（APS）、ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）和應(yīng)用框架（AF）。應(yīng)用支持子層的任務(wù)是提取網(wǎng)絡(luò)層的信息并將信息發(fā)送到

22、運(yùn)行在節(jié)點(diǎn)上的不同應(yīng)用端點(diǎn)。應(yīng)用支持子層維護(hù)了一個(gè)綁定表，可以定義、增加或移除組信息；完成64位長(zhǎng)地址（IEEE地址）與16位短地址（網(wǎng)絡(luò)地址）一對(duì)一映射；實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的分割與重組；應(yīng)用支持子層連接網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，是它們之間的接口。這個(gè)接口由兩個(gè)服務(wù)實(shí)體提供：APS數(shù)據(jù)實(shí)體（APSDE）和APS管理實(shí)體（APSME）。APS數(shù)據(jù)實(shí)體為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，它會(huì)拆分和重組大于最大荷載量的數(shù)據(jù)包。APS管理實(shí)體提供安全服務(wù)，節(jié)點(diǎn)綁定，建立和移除組地址，負(fù)責(zé)64位IEEE地址與16位網(wǎng)絡(luò)地址的地址映射4。ZigBee設(shè)備對(duì)象負(fù)責(zé)設(shè)備的所有管理工作，包括設(shè)定該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（協(xié)調(diào)器、路由器

23、或終端設(shè)備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，確定這些設(shè)備能提供的功能，發(fā)起或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，完成設(shè)備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。用戶在開(kāi)發(fā)ZigBee產(chǎn)品時(shí)，需要在ZigBee協(xié)議棧的AF上附加應(yīng)用端點(diǎn)，調(diào)用ZDO功能以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備和服務(wù)，管理綁定、安全和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。ZDO是一個(gè)特殊的應(yīng)用對(duì)象，它駐留在每一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)上，其端點(diǎn)編號(hào)固定為0。AF應(yīng)用框架是應(yīng)用層與APS層的接口。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應(yīng)的目的端點(diǎn)。三、系統(tǒng)分析該系統(tǒng)通過(guò)具有IIC總線接口的單片全校準(zhǔn)字式新型相對(duì)溫濕度傳感器SHT10實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的采集，將信號(hào)送至Zig Bee技術(shù)，從節(jié)點(diǎn)采集溫濕度數(shù)據(jù)每隔一定

24、的時(shí)間輪流向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送，主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)之后通過(guò)串口將各節(jié)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)傳給智能主板。具體步驟描述（1） 給職能主板供電（USB外接電源或2節(jié)干電池）；（2） 將一個(gè)無(wú)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） 接下來(lái)將 CC2530 仿真器的一端通過(guò) USB 線（A 型轉(zhuǎn) B 型）連接到 PC 機(jī)，另一端通過(guò) 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(kāi)關(guān)撥至開(kāi)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） 使用 IAR7.51

25、打開(kāi)“OURS_CC2530LIBlib10(HumiTempLight) IAR_files”下的HumiTempLight.eww 文件，下載運(yùn)行程序；（7） 觀察 LCD 上溫度、濕度和光照強(qiáng)度的變化；（8） 向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀察 LCD 上溫濕度數(shù)據(jù)的變化；四、詳細(xì)設(shè)計(jì)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(wú)線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感的軟件支持，也就是Zigbee協(xié)議框架的編程。實(shí)現(xiàn)濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無(wú)線傳感基本結(jié)構(gòu)、無(wú)線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、常見(jiàn)的

26、無(wú)線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括：Zigbee協(xié)議棧整體構(gòu)架，Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層。4.1硬件設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)溫濕度采集系統(tǒng)的硬件部分可以大體有無(wú)線傳感基本結(jié)構(gòu)、無(wú)線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、常見(jiàn)的無(wú)線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)等組成。其具體內(nèi)容如下：1、無(wú)線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無(wú)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)也要移動(dòng)外，大部分節(jié)點(diǎn)是靜止不動(dòng)的。在被檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)

27、任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測(cè)特定的對(duì)象外，還需要進(jìn)行簡(jiǎn)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(wú)法替代以及低功耗的多跳通信模式，設(shè)計(jì)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的低功耗成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問(wèn)題，其無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)模型如下圖：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無(wú)線傳輸模塊的，傳感器采集的數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單處理后經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標(biāo)，觀測(cè)節(jié)點(diǎn)，傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)是無(wú)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)進(jìn)過(guò)初始的通信和協(xié)議，通過(guò)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同形成對(duì)目

28、標(biāo)的感知視場(chǎng)。傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器本地簡(jiǎn)單處理后通過(guò)單播或廣播以多跳的方式通過(guò)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(guò)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Inteernet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，接受傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。2、使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新試驗(yàn)系統(tǒng)IOV-T-2530采用系列傳感器模塊和無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊組成無(wú)線傳感網(wǎng)，擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)廣域訪問(wèn)，可實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無(wú)線信號(hào)收發(fā)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊，組件控制全過(guò)程。該工具提供了無(wú)線傳感網(wǎng)通信模塊，基本的傳感器及控制器模塊

29、、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器參考軟件等。3、實(shí)現(xiàn)溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其中具體情況如下：無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊：主要有射頻單片機(jī)構(gòu)成，MCU是TI的CC2530，2.4G載頻，棒狀天線。傳感器及控制模塊：包括溫濕度傳感器模塊，繼電器模塊和RS232模塊等，也可以通過(guò)總線擴(kuò)展用戶自己的傳感器及控制部件。電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感器及控制模塊的連接，又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電。4.2 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集的軟件部分主要有Zig Bee 技術(shù)概述，協(xié)議棧整體架構(gòu)，Zig Bee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層，AODV路由協(xié)議等幾部分組成。而Zig Bee協(xié)議

30、層主要包括：網(wǎng)絡(luò)層概述，網(wǎng)絡(luò)層所實(shí)現(xiàn)的功能，網(wǎng)絡(luò)層中常用的路由協(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。4.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖1、串口通信設(shè)計(jì)程序流程圖及核心代碼：4.4 代碼1、串口通信部分代碼:/* * 函數(shù)名稱：initUART * 功能描述：CC2530 串口初始化 */ void initUART(void) PERCFG = 0x00; /位置 1 P0 口 P0SEL = 0x3c; /P0用作串口 U0CSR |= 0x80; /UART方式 U0GCR |= 11; /baud_e = 11; U0BAUD |= 216; /波特率設(shè)為 115200 UTX0IF = 1; U0CSR |= 0X40; /允許接收 IEN0 |= 0x84; /uart0接收中斷 /* * 函數(shù)名稱：UartTX_Send_String * * 功能描述：串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) * * 參 數(shù)：*Data - 發(fā)送數(shù)據(jù)指針 * len - 發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 * * 返 回 值：無(wú) */ void UartTX_S