基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線壓力傳感器設(shè)計(jì)

1、.：.； 編號(hào)： 字 號(hào)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線壓力傳感器設(shè)計(jì) 標(biāo)題： 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 二一四年六月中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 信息工程 設(shè)計(jì)標(biāo)題： 基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線壓力傳感器設(shè)計(jì) 指點(diǎn)教師： 職 稱： 二一四年 六月 徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)義務(wù)書(shū)學(xué)院 信電學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 學(xué)生姓名 義務(wù)下達(dá)日期： 年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 年月日至年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)題：基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線壓力傳感器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題標(biāo)題： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：.了解CC單片機(jī)根本原理、軟件設(shè)計(jì)方法及相關(guān)實(shí)際知識(shí)；.對(duì)無(wú)線

2、壓力檢測(cè)系統(tǒng)工程進(jìn)展可行性論證。.掌握匯編言語(yǔ)、C言語(yǔ)編程方法；編寫(xiě)下位機(jī)程序。.運(yùn)用protel軟件,并進(jìn)展硬件電路設(shè)計(jì)。.編寫(xiě)上位機(jī)數(shù)據(jù)處置程序。.根據(jù)所完成義務(wù)，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。.翻譯一篇與本課題相關(guān)的英文文獻(xiàn)，字?jǐn)?shù)不少于字。院長(zhǎng)簽字： 指點(diǎn)教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指點(diǎn)教師評(píng)閱書(shū)指點(diǎn)教師評(píng)語(yǔ)根底實(shí)際及根本技藝的掌握；獨(dú)立處理實(shí)踐問(wèn)題的才干；研討內(nèi)容的實(shí)際根據(jù)和技術(shù)方法；獲得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；任務(wù)態(tài)度及任務(wù)量；總體評(píng)價(jià)及建議成果；存在問(wèn)題；能否贊同爭(zhēng)辯等：成 績(jī)： 指點(diǎn)教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)選題的意義；根底實(shí)際及根本技藝的

3、掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)處理實(shí)踐問(wèn)題的才干；任務(wù)量的大小；獲得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫(xiě)作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成果；存在問(wèn)題；能否贊同爭(zhēng)辯等：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)爭(zhēng)辯及綜合成果答 辯 情 況提 出 問(wèn) 題回 答 問(wèn) 題正 確根本正確有普通性錯(cuò)誤有原那么性錯(cuò)誤沒(méi)有回答爭(zhēng)辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成果：爭(zhēng)辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院指點(diǎn)小組綜合評(píng)定成果：學(xué)院指點(diǎn)小組擔(dān)任人： 年 月 日摘 要ZigBee是一種低速率，低功耗的無(wú)線通訊技術(shù)，該技術(shù)廣泛運(yùn)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN中。壓力是工業(yè)消費(fèi)過(guò)程中的重要參數(shù)之一，壓力的檢測(cè)或控制是保證消費(fèi)和設(shè)備平安運(yùn)轉(zhuǎn)的必不可少的

4、條件。無(wú)線傳輸可以使系統(tǒng)擺脫傳輸電纜的困擾，實(shí)現(xiàn)無(wú)線壓力檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)工業(yè)過(guò)程的控制具有非常重要的意義。本設(shè)計(jì)主要經(jīng)過(guò)CC及公用芯片組成的傳感器節(jié)點(diǎn)，對(duì)壓力傳感器所測(cè)得的模擬信號(hào)進(jìn)展處置，經(jīng)過(guò)Z-Stark協(xié)議棧傳送至計(jì)算機(jī)上，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序準(zhǔn)確快捷、方便高效地對(duì)其進(jìn)展實(shí)時(shí)采集和儲(chǔ)存，并實(shí)時(shí)顯示在程序上。以CC的中心處置器的硬件設(shè)計(jì)與串口通訊處置程序的軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合。采用IAR Embedded Workbench開(kāi)發(fā)工具進(jìn)展程序開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)CC多功能仿真器進(jìn)展嵌入式的編譯與移植來(lái)處置壓力傳感器所采集的信息。再經(jīng)過(guò)VS進(jìn)展口通訊處置程序軟件的設(shè)計(jì)，用C#窗體設(shè)計(jì)串口通訊處置程序。 關(guān)鍵詞：壓力傳感器

5、，CC，C#，串口通訊 ,ZigBee，數(shù)據(jù)采集AbstractZigBee is a low-rate, low-power wireless communication technology that is widely used in wireless sensor networks (WSN). Pressure is an important parameter in the process of industrial production, detection or control pressure is essential production conditions and en

6、sure safe operation of equipment. Wireless transmission allows the system to get rid of troubled transmission cable, wireless pressure monitoring system has a very important significance for control of industrial processes. that design of sensor nodes by dedicated chips and CC, and the analog signal

7、 measured by the pressure sensor is processed, the contact pressure on the measured pressure values to a computer by a computer program fast and accurate, convenient and efficient way to Its real-time capture and storage, and real-time display on the program. Emphasis in software design CC core proc

8、essor hardware design and serial communication handler combined. Using IAR Embedded Workbench development tools for program development. Embedded compiler and porting to deal with the pressure sensor information collected through the CC multi-function emulator. Then port communication software desig

9、n process through VS, C # form design using serial communication process.Keywords: pressure sensors, CC, C #, serial communication, ZigBee目 錄 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 第一章 緒 論 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .前言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .國(guó)內(nèi)外研討現(xiàn)

10、狀 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .論文的主要內(nèi)容及構(gòu)造安排 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第二章 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . ZigBee簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . ZigBee的技術(shù)規(guī)范 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . IEEE .規(guī)范 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)范及特點(diǎn) PAGEREF _Toc h HYPERLI

11、NK l _Toc .無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)比 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . ZigBee的運(yùn)用范圍 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第三章 系統(tǒng)分析與概要設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .系統(tǒng)可行性分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .技術(shù)可行性分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .經(jīng)濟(jì)可行性分析 PAGEREF _Toc

12、h HYPERLINK l _Toc .系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第四章 基于CC的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 壓力傳感器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .壓力傳感器的選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .壓阻式壓力傳感器構(gòu)造與原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .電阻應(yīng)變片的丈量電路 PAGEREF

13、_Toc h HYPERLINK l _Toc . 溫度補(bǔ)償 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 信號(hào)放大電路 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 放大器的選擇 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 三運(yùn)放放大電路 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主控制器 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 天線發(fā)送部分與晶振時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 串行接口與串口通訊 PAGEREF _Toc h

14、 HYPERLINK l _Toc . PL芯片引見(jiàn) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 電源模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第五章 通訊系統(tǒng)及上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .下位機(jī)程序框圖及中心代碼 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . Z-Stack體系架構(gòu)及任務(wù)流程 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 壓力丈量程序流程圖 PA

15、GEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .上位機(jī)程序框圖及運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 初始界面及串口初始化 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 經(jīng)過(guò)串口接納數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及計(jì)數(shù)清零 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第六章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 翻譯原文 PAGEREF

16、_Toc h HYPERLINK l _Toc 中文譯文 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致 謝 PAGEREF _Toc h 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第頁(yè)第一章 緒 論.前言隨著嵌入式技術(shù)的開(kāi)展，基于它的智能傳感器檢測(cè)系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅嗽絹?lái)越普遍的運(yùn)用。同時(shí)在工業(yè)控制中也扮演著一個(gè)不可或缺的角色。但隨著任務(wù)中的要求越來(lái)越高，單一的傳感器曾經(jīng)不能滿足人們?nèi)蝿?wù)的需求，傳感器網(wǎng)絡(luò)便應(yīng)運(yùn)而生。而進(jìn)一步為了擺脫電纜、數(shù)據(jù)傳輸線的束縛，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)便成為了當(dāng)今最為熾熱的研討方向之一。如今對(duì)工業(yè)控制自動(dòng)化程度的要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的安裝

17、都是采用有線銜接方式，而有線方式會(huì)遭到布線，供電，安裝場(chǎng)所和維修等的限制，呵斥安裝和維護(hù)的困難，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)控制中，可以很好的處理這些問(wèn)題，并具有諸多優(yōu)勢(shì)，合理的運(yùn)用這種技術(shù)將大力推開(kāi)工業(yè)的開(kāi)展?！皞鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處置和傳輸三種功能。它與 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 通訊技術(shù)和 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 信息技術(shù)的三大 HYPERLINK

18、 baike.baidu/view/.htm t _blank 支柱。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)Wireless Sensor Network, WSN那么是指由大量的靜止或挪動(dòng)的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 傳感器以 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 自組織和 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 多跳的方式構(gòu)成的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處置和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感

19、知對(duì)象的信息，并發(fā)送給察看者。傳感器、感知對(duì)象和察看者構(gòu)成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。壓力丈量對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和平安消費(fèi)具有重要的意義。在工業(yè)消費(fèi)中，為了高效、平安消費(fèi)，必需有效控制消費(fèi)過(guò)程中的諸如壓力、流量、溫度等主要參數(shù)。由于壓力控制在消費(fèi)過(guò)程中起著決議性的平安作用，因此有必要準(zhǔn)確丈量壓力。如今壓力參數(shù)的檢測(cè)、報(bào)警與控制，已深化到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。目前工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中運(yùn)用力學(xué)量傳感器最多的是壓力傳感器。壓力傳感器是工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中的關(guān)鍵組成部分，也是本課題所研討的壓力檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種壓力敏感元件將被測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易丈量的電信號(hào)做輸出，給顯示儀表顯示壓力值，或供

20、控制和報(bào)警運(yùn)用。所以本文以丈量壓力為代表，研討并設(shè)計(jì)了基于CC的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)展數(shù)據(jù)的檢測(cè)、傳輸與處置。.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的興起和開(kāi)展，使它逐漸運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域。剛開(kāi)場(chǎng)由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的價(jià)錢(qián)比較昂貴，只運(yùn)用到軍事工程中。隨著科技的開(kāi)展和傳感器的本錢(qián)降低，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸運(yùn)用到其他工程中，它的常見(jiàn)運(yùn)用如下所述： = * GB 軍事領(lǐng)域軍事領(lǐng)域的運(yùn)用需求是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和開(kāi)展的推進(jìn)力，利用一些飛行器將或?qū)棸l(fā)射等方式，可以將傳感器布散在敵軍陣地，經(jīng)過(guò)無(wú)線傳感器采集周圍的環(huán)境信息并經(jīng)過(guò)衛(wèi)星把信息傳回基地，經(jīng)過(guò)分析傳達(dá)的信息可以判別敵方的軍事行動(dòng)。 = * GB 智能農(nóng)業(yè)農(nóng)民種

21、植莊稼時(shí)需求各種信息，首先把大量傳感器節(jié)點(diǎn)分布到需求監(jiān)控的區(qū)域，經(jīng)過(guò)各種傳感器采集環(huán)境信息，以協(xié)助 農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和處理問(wèn)題。這樣運(yùn)用智能化的遠(yuǎn)程控制設(shè)備可以提高農(nóng)業(yè)的消費(fèi)效率。 = * GB 醫(yī)療安康 醫(yī)生將特定用途的傳感器安裝在病人的身上，例如(血壓、心率)監(jiān)控設(shè)備，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及時(shí)了解監(jiān)護(hù)病人的病情并進(jìn)展處置，從而保證病人的命平安。 = * GB 智能家居人們可以將傳感器布置到各個(gè)房問(wèn)，獲取每個(gè)房問(wèn)的溫度，并經(jīng)過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)控制平衡的居室溫度。當(dāng)屋內(nèi)的燃?xì)庾呗r(shí)或者屋內(nèi)煙霧濃度過(guò)高時(shí)，傳感器向窗戶驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)，使窗戶自動(dòng)翻開(kāi)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)給人們提供了更加溫馨和智能的家居環(huán)境

22、。.國(guó)內(nèi)外研討現(xiàn)狀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研討開(kāi)場(chǎng)于世紀(jì)年代，在國(guó)防平安、反恐抗災(zāi)、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生、交通管理、工業(yè)控制等方而有著宏大的運(yùn)用前景下,國(guó)際上，許多著名高校和大公司紛紛參與無(wú)線傳感器技術(shù)的研討之中，這也加快了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)展。年，在卡耐基-梅隆大學(xué)，DARPADepartment of Advanced Research Project Agency)成立了分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)組，它的主要任務(wù)就是研討傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通訊來(lái)滿足軍方對(duì)偵查系統(tǒng)的需求。以后，DARPA又結(jié)合美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金設(shè)立了多項(xiàng)有關(guān)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研討工程，由此拉開(kāi)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研討的序幕。其他興隆國(guó)家和許多大公司

23、也相繼啟動(dòng)了關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研討，其中代表性的研討包括以下兩種： = * GB 年的WINS方案，由DARPT資助。加州洛杉磯分校和羅克韋爾研討中心協(xié)作展開(kāi)WINS方案，其研討的目的是結(jié)合MEMS技術(shù)、信號(hào)處置技術(shù)、嵌入式計(jì)算和無(wú)線通訊技術(shù)，構(gòu)成大規(guī)模、復(fù)雜的集成傳感器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界的鏈接。 = * GB 年，因特爾公司伯克利研討實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校協(xié)作，將安有D型電池的第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)在緬因州大鴨島上，實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感野生動(dòng)物及其棲息地的環(huán)境監(jiān)測(cè)。在國(guó)內(nèi)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研討也被非常注重。年發(fā)布的確定了信息技術(shù)開(kāi)展的三個(gè)前沿方向，其中的智能感知網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)就與無(wú)線傳

24、感器網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。近年來(lái)我國(guó)許多高校也對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展了研討，它們都在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研討上都獲得了一定的成果。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新一代網(wǎng)絡(luò)，它發(fā)揚(yáng)著關(guān)鍵性的作用。不僅推進(jìn)著科技的開(kāi)展和社會(huì)的進(jìn)歩，而且曾經(jīng)成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和制高點(diǎn)。目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還處在開(kāi)展階段，我國(guó)的實(shí)際研討和工程實(shí)際都和國(guó)外還存在著一定的差距，實(shí)際成果難以運(yùn)用到實(shí)踐工程中，實(shí)現(xiàn)的本錢(qián)和可靠性還不能滿足實(shí)踐需求，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)踐工程中的運(yùn)用還有待進(jìn)一步研討。.論文的主要內(nèi)容及構(gòu)造安排本論文主要研討“基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線壓力傳感器設(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、對(duì)壓力數(shù)據(jù)的丈量與處置。本文共分

25、為六章：第一章為緒論，論述了ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研討背景及意義； 第二章簡(jiǎn)單引見(jiàn)了ZigBee技術(shù)概略；第三章對(duì)整個(gè)無(wú)線壓力傳感器系統(tǒng)進(jìn)展系統(tǒng)分析與概要設(shè)計(jì)；第四章主要論述了如何進(jìn)展基于CC芯片傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)；第五章對(duì)設(shè)計(jì)采用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)展簡(jiǎn)單引見(jiàn)，引見(jiàn)Z-Stack協(xié)議棧任務(wù)流程，編寫(xiě)數(shù)據(jù)檢測(cè)部分程序和上位機(jī)軟件程序；第六章為總結(jié)與展望，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)展回想和總結(jié)，并提出進(jìn)一步展望。第二章 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介. ZigBee簡(jiǎn)介近年來(lái)，隨著無(wú)線接入技術(shù)的日益開(kāi)展，無(wú)線通訊和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)均呈現(xiàn)出爆炸添加的趨勢(shì)。這有力的地推進(jìn)無(wú)線通訊向著高速通訊方向的開(kāi)展。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、

26、車載電子系統(tǒng)、智能家居網(wǎng)絡(luò)、和醫(yī)用傳感器等都是無(wú)線通訊的重要領(lǐng)域。此外，物聯(lián)網(wǎng)The Internet of things也是 ZigBee 運(yùn)用的主要戰(zhàn)場(chǎng)，物聯(lián)網(wǎng)利用部分網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通訊技術(shù)把傳感器、計(jì)算機(jī)、人員等節(jié)點(diǎn)聯(lián)在一同，完成人與物、物與物的相互銜接，實(shí)現(xiàn) HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 信息化、智能化的網(wǎng)絡(luò)。而這些領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)吞吐量的要求很低，但對(duì)功率耗費(fèi)的要求比現(xiàn)有規(guī)范更高。 為了促進(jìn)簡(jiǎn)一方便、隨意運(yùn)用的無(wú)線安裝的大力開(kāi)展，需求在的個(gè)人活動(dòng)空間內(nèi)布置大量密集的無(wú)線接入點(diǎn)，因此價(jià)錢(qián)能否低廉將顯得尤為重要，為了降低元器件價(jià)錢(qián)，便于批量消

27、費(fèi)，一個(gè)規(guī)范的處理方案是非常必要的。這個(gè)方案需求思索的中心問(wèn)題是低功耗和低本錢(qián)。這也決議了其為低帶寬低速率的數(shù)據(jù)傳輸方式。ZigBee規(guī)范就是專為低數(shù)據(jù)速率、短間隔 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)立的一系列通訊協(xié)議規(guī)范。基于ZigBee任務(wù)的無(wú)線設(shè)備任務(wù)在固定的頻段，分別是 .GHz、MHz歐洲和 MHz美國(guó)，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率是Kbps。ZigBee主要運(yùn)用在一些以電池為電源的場(chǎng)景中，對(duì)功耗的有較高的要求。因此在一些運(yùn)用中，無(wú)線設(shè)備并不是繼續(xù)開(kāi)啟的，大部分時(shí)間都是處于等待喚醒的休眠方式。因此，ZigBee設(shè)備經(jīng)常可以任務(wù)數(shù)年而不用改換電池。 . ZigBee的技術(shù)規(guī)范. IEEE .規(guī)范近年來(lái)，隨著通訊技術(shù)

28、的迅速開(kāi)展，人們認(rèn)識(shí)到了在附近幾米范圍內(nèi)短間隔 通訊的需求，個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)personal area network, PAN和無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)wireless personal area network, WPAN的概念就隨之出現(xiàn)。WPAN網(wǎng)絡(luò)指的是在短間隔 小范圍內(nèi)建立設(shè)備之間的無(wú)線銜接，使之可以相互通訊甚至接入互聯(lián)網(wǎng)。年月成立的IEEE .任務(wù)組，努力于WPAN網(wǎng)絡(luò)的物理層PHY和媒體訪問(wèn)層MAC的規(guī)范化任務(wù)，目的是為了在短間隔 范圍內(nèi)相互通訊的無(wú)線通訊設(shè)備提供通訊規(guī)范。 IEEE .任務(wù)組內(nèi)有四個(gè)義務(wù)組來(lái)制定在傳輸速率、功耗和支持的效力等方面都存在差別的不同規(guī)范使其運(yùn)用在不同的場(chǎng)所。第一

29、義務(wù)組即制定IEEE .規(guī)范，也就是人們熟知的藍(lán)牙Bluetooth技術(shù)，其全稱為藍(lán)牙無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，是一個(gè)通常用于手機(jī)、 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 無(wú)線耳機(jī)等挪動(dòng)設(shè)備的中等速率、短間隔 的WPAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。第四義務(wù)組所制定的就是IEEE .規(guī)范。該規(guī)范把低能量耗費(fèi)、低速率傳輸、低本錢(qián)作為首要目的，旨在為個(gè)人或者家庭等小范圍內(nèi)不同設(shè)備之間的低速互連提供一致完善的規(guī)范。即低速無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)low-rate wireless personal area network, LR-WPAN，LR-WPAN的技術(shù)要求與傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多共通之

30、處，所以很多研討機(jī)構(gòu)都把IEEE .作為傳感器的通訊規(guī)范。 . ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)范及特點(diǎn)ZigBee采用IEEE .規(guī)范作為其物理層PHY和媒體訪問(wèn)層MAC協(xié)議。即遵照Z(yǔ)igBee的設(shè)備也同樣遵照IEEE .規(guī)范。但由于IEEE .規(guī)范只定義了物理層協(xié)MAC層協(xié)議，年月由美國(guó)HONEYWELL等公司發(fā)起并成立了ZigBee聯(lián)盟，并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)展規(guī)范化，新開(kāi)發(fā)了平安層。經(jīng)過(guò)ZigBee聯(lián)盟對(duì)IEEE .規(guī)范的改良后才真正的構(gòu)成了真正意義上的ZigBee協(xié)議棧。 ZigBee技術(shù)的超低數(shù)據(jù)傳輸速率意味著它并不順應(yīng)全部場(chǎng)景的運(yùn)用。例如銜接無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)或者CD音質(zhì)的無(wú)線耳機(jī)，Zigb

31、ee都無(wú)能為力。由于這些運(yùn)用的數(shù)據(jù)傳輸速率都需求到達(dá)Mbps以上。但是假設(shè)無(wú)線通訊的目的僅僅只是發(fā)送或接納簡(jiǎn)單的信息或控制命令，如從傳感器搜集信息，溫度、濕度、壓力傳感器等或傳送對(duì)某些芯片的控制信息，那么ZigBee將會(huì)提供比藍(lán)牙和IEEE .b更有性價(jià)比、更為高效的處理方案。ZigBee技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率低的特點(diǎn)，只需KB/秒KB /秒，專注于低傳輸速率運(yùn)用，由于數(shù)據(jù)傳輸速率低、協(xié)議簡(jiǎn)單，使得ZigBee同時(shí)具備了功耗小、本錢(qián)低、網(wǎng)絡(luò)容量大的特點(diǎn)，一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可包容 ,個(gè)設(shè)備。同時(shí)也兼顧了平安性和任務(wù)頻段靈敏的特點(diǎn)，ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完好性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-加密

32、算法。ZigBee運(yùn)用頻段為.GHz、MHz歐洲和MHz美國(guó)，均為免執(zhí)照免費(fèi)的頻段。.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)比 如今，無(wú)線通訊技術(shù)在信息通訊領(lǐng)域得到了快速開(kāi)展，它使隨時(shí)隨地地接入網(wǎng)絡(luò)獲取信息變成了能夠，使通訊擺脫了物理銜接上的束縛。目前無(wú)線通訊按照通訊間隔 范圍可以劃分成廣域和局域兩種，廣域的通常指他們手機(jī)運(yùn)用的挪動(dòng)通訊網(wǎng)，目前曾經(jīng)由第三代開(kāi)展到了LTE技術(shù)，正在向第四代過(guò)度。 而局域是指短間隔 小范圍的無(wú)線通訊，其技術(shù)規(guī)范比較多，其中運(yùn)用最為廣泛分別是無(wú)線寬帶(Wi-Fi)、藍(lán)牙Bluetooth、和ZigBee技術(shù)三種。Wi-FiWireless Fidelity即無(wú)線保真技術(shù)，這種技術(shù)基

33、于IEEE.a、IEEE.b、IEEE.g和IEEE.n，運(yùn)用.GHz附近的頻段，它的特點(diǎn)是傳輸間隔 長(zhǎng)、速率快可以到達(dá)數(shù)百兆。藍(lán)牙Bluetooth是由愛(ài)立信、IBM、Intel和諾基亞等公司于年提出的一種近間隔 無(wú)線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)規(guī)范。能在米的半徑范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，傳輸帶寬最高可達(dá)Mbps。運(yùn)用在.GHz到.GHz之間的頻段。表-. 各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)比市場(chǎng)名規(guī)范GPRS/GSMxRTT/CDMAWi-FiTM.bBluetoothTM.ZigBeeTM.運(yùn)用重點(diǎn)寬廣范圍聲音&數(shù)據(jù)Web、圖像電纜替代品監(jiān)測(cè)&控制系統(tǒng)資源MB+MB+KB+KB-KB電池壽命天.+網(wǎng)絡(luò)

34、大小/帶寬KB/s-+-傳輸間隔 米+技術(shù)優(yōu)勢(shì)覆蓋面大、質(zhì)量高速度/靈敏性價(jià)錢(qián)廉價(jià)、方便可靠、低功耗、價(jià)錢(qián)廉價(jià). ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?在IEEE.規(guī)范的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中共有兩類設(shè)備，全功能設(shè)備FFD和半功能設(shè)備RFD。其中全功能設(shè)備FFD可以執(zhí)行IEEE .規(guī)范中的全部功能，同時(shí)可以作為網(wǎng)絡(luò)中的一切角色。而半功能設(shè)備RFD只能執(zhí)行IEEE .規(guī)范中的部分功能，且只能和全功能設(shè)備通訊。所以半功能設(shè)備RFD都用來(lái)執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的運(yùn)用，相應(yīng)的，它的數(shù)據(jù)處置才干和內(nèi)存配置都較全功能設(shè)備FFD有一定差距。ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造主要分為星型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇狀網(wǎng)絡(luò)三種。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)造不同，網(wǎng)絡(luò)中的配置

35、也不同。一切網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共分為三種類型：協(xié)調(diào)器co-ordinator、路由器route和終端節(jié)點(diǎn)end device。其拓?fù)錁?gòu)造的表示圖見(jiàn)圖-.所示。其中end device具有最小的內(nèi)存配置和最弱的處置才干和特性，end device通常是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最廉價(jià)的設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中運(yùn)用銜接壓力傳感器的CC芯片作為end device。銜接PC的CC芯片作為coordinator。星型/網(wǎng)狀型簇狀型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器器全功能設(shè)備，F(xiàn)FD精簡(jiǎn)功能設(shè)備，RFD圖-. Zigbee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造. ZigBee的運(yùn)用范圍 ZigBee 在日常生活、軍事和許多其他方面都有大量的運(yùn)用。例如智能家居、智能建筑、自動(dòng)化控制、

36、數(shù)字化醫(yī)療等領(lǐng)域。運(yùn)用于農(nóng)業(yè)上，可以對(duì)土地、水和空氣等環(huán)境資源的溫度實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證農(nóng)業(yè)消費(fèi)的順利進(jìn)展；運(yùn)用于軍事上，可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)人員的體溫等安康情況進(jìn)展監(jiān)控，以保證戰(zhàn)場(chǎng)人員的人身平安；運(yùn)用于城市中，可以有效的在公共場(chǎng)所對(duì)火災(zāi)等平安問(wèn)題實(shí)施預(yù)防和報(bào)警；運(yùn)用于醫(yī)療領(lǐng)域，可以對(duì)患者的體溫等參數(shù)信息進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)控，最大限制保證患者的平安。利用ZigBee技術(shù)來(lái)完成以上的義務(wù)是一個(gè)非常明智的選擇，由于這樣可以防止龐大的布線，不需求高功耗和高昂的硬件本錢(qián)，而是能以最低的本錢(qián)獲得最大的收益。Zigbee的運(yùn)用范圍見(jiàn)圖-.所示。 圖-. Zigbee的運(yùn)用范圍第三章 系統(tǒng)分析與概要設(shè)計(jì).系統(tǒng)可行性分析可行性分

37、析是指經(jīng)過(guò)對(duì) HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 工程的主要內(nèi)容和配套條件，如市場(chǎng)需求、資源供應(yīng)、建立規(guī)模、工藝道路、設(shè)備選型、環(huán)境影響、資金籌措、盈利才干等，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工程等方面進(jìn)展調(diào)查研討和分析比較，并對(duì)工程建成以后能夠獲得的財(cái)務(wù)、 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)環(huán)境影響進(jìn)展預(yù)測(cè)，從而提出該工程能否值得投資和如何進(jìn)展建立的咨詢意見(jiàn)，為 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank 工程決策提供根據(jù)的一種綜合性的 HYPERLINK baik

38、e.baidu/view/.htm t _blank 系統(tǒng)分析方法?？尚行苑治鰬?yīng)具有預(yù)見(jiàn)性、公正性、可靠性、科學(xué)性的特點(diǎn)。.技術(shù)可行性分析技術(shù)可行性分析是指，以現(xiàn)有的技術(shù)程度完成設(shè)計(jì)任務(wù)的可行性。其中包括軟件、硬件能否實(shí)現(xiàn)所要求的功能，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研討的進(jìn)展情況等。本設(shè)計(jì)所運(yùn)用技術(shù)主要有：嵌入式技術(shù)、CC芯片仿真、編譯、調(diào)試等。C#串口通訊編程等，都是早以成熟的技術(shù)，并且有許多優(yōu)秀的處理方案可以參考。為了實(shí)現(xiàn)壓力傳感器對(duì)數(shù)據(jù)的采集與處置的設(shè)計(jì)任務(wù)，首先要做的任務(wù)就是查閱、搜集有關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)、ZigBee技術(shù)、CC芯片等等的資料，了解國(guó)內(nèi)外其研討進(jìn)展，了解技術(shù)特點(diǎn)、掌握芯片功能和相關(guān)技術(shù)。熟習(xí)所運(yùn)

39、用到的整體硬件架構(gòu)如以CC為中心的硬件電路和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，(如IAR和Visual Studio )，以模塊化的方式逐漸完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真與實(shí)現(xiàn)。.經(jīng)濟(jì)可行性分析 經(jīng)濟(jì)可行性分析是指分析整個(gè)設(shè)計(jì)工程所需本錢(qián)和預(yù)期效益。在技術(shù)可行的前提下選擇最可靠、最經(jīng)濟(jì)的處理方案。本設(shè)計(jì)采用的基于CC芯片的ZigBee無(wú)線通訊處理方案，其具有硬件節(jié)點(diǎn)低本錢(qián)、制造容易、對(duì)功耗要求低的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上完全可行并且運(yùn)用前景良好。.系統(tǒng)需求分析本設(shè)計(jì)的主要目的是采集壓力傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并傳送至計(jì)算機(jī)上進(jìn)展處置。主要包括：經(jīng)過(guò)壓力傳感器丈量被測(cè)件的壓力得到實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處置后按照zigbee技術(shù)規(guī)范利用無(wú)

40、線通訊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，在串口顯示程序上實(shí)時(shí)顯示，用戶可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展繪圖、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)等功能。經(jīng)過(guò)檢測(cè)、處置分析關(guān)鍵位置的實(shí)時(shí)壓力情況，來(lái)確保工業(yè)消費(fèi)的正常進(jìn)展或發(fā)現(xiàn)日常生活中的潛在的平安問(wèn)題。這要求所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)要求該系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾才干。. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以把整個(gè)系統(tǒng)的軟件和硬件劃分成不同的模塊，分別進(jìn)展設(shè)計(jì)和調(diào)試，最后再把他們組裝起來(lái)進(jìn)展總體調(diào)試，到達(dá)系統(tǒng)需求。模塊化的設(shè)計(jì)易于編程和調(diào)試，可以減小缺點(diǎn)率，提高系統(tǒng)的可靠性。以CC為中心的硬件發(fā)送電路，發(fā)送端Zigbee標(biāo)Z-Stack協(xié)議無(wú)線傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)接納程序數(shù)據(jù)處置程序壓力采集程序壓力采集電路以CC為中心的硬件接納電

41、路，接納端串行口通訊圖-. 系統(tǒng)組成框圖本設(shè)計(jì)中的硬件電路包括：以CC為中心的主控制電路和RF無(wú)線發(fā)送電路，壓力采集電路，信號(hào)處置電路，電源供應(yīng)電路和接口電路。以上部分共同構(gòu)成了一個(gè)根本的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。如圖-.所示，將整個(gè)系統(tǒng)分為如下模塊，首先經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)壓力采集電路，把待測(cè)點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)采集并進(jìn)展初步處置。經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)在CC內(nèi)部的加強(qiáng)型單片機(jī)的下位機(jī)程序來(lái)執(zhí)行，以CC為中心的硬件電路，經(jīng)過(guò)Z-Stack協(xié)議棧集成在CC內(nèi)部的基于Zigbee技術(shù)的協(xié)議棧進(jìn)展無(wú)線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接納。最后，在計(jì)算機(jī)端，經(jīng)過(guò)軟件程序?qū)蛹{到的數(shù)據(jù)進(jìn)展處置。整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件電路如圖-.所示。共分為如下幾個(gè)部分。壓力數(shù)據(jù)

42、采集電路。信號(hào)放大電路，主控制器及其外圍電路如晶振電路、天線發(fā)送電路、串口轉(zhuǎn)USB電路以及電源供應(yīng)電路。主控模塊中包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，由于從傳感器采集到的數(shù)據(jù)都是延續(xù)的模擬量，而計(jì)算機(jī)只能處置數(shù)字量，這就需求一個(gè)A/D模塊來(lái)進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換。還包括一個(gè)編程接口，用來(lái)接入JTAG仿真器或者燒入程序。MCU CC是本系統(tǒng)的中心處置器，也是.GHz射頻無(wú)線收發(fā)器。處置器外部配有MHz和.KHz兩個(gè)頻率的兩個(gè)的外部晶振，分別作為系統(tǒng)晶振電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘震蕩電路；整個(gè)中心部分經(jīng)過(guò)DC .V進(jìn)展供電。主控制器電路外圍電路電源供給電路信號(hào)放大電路壓力數(shù)據(jù)采集電路串口轉(zhuǎn)USB電路 圖-. 硬件電路表示圖本設(shè)計(jì)的壓力

43、傳感器選用壓阻式壓力傳感器。經(jīng)過(guò)三運(yùn)放放大電路對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)展放大，再經(jīng)過(guò)CC內(nèi)部的AD進(jìn)展數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換。CC運(yùn)用P_接口進(jìn)展數(shù)據(jù)采集。軟件部分主要包括下位機(jī)和上位機(jī)兩部分，在硬件設(shè)備與電腦銜接后，經(jīng)過(guò)CC仿真器把下位機(jī)采集壓力數(shù)據(jù)的程序燒進(jìn)芯片中；一部分是經(jīng)過(guò)Microsoft Visual Studio 進(jìn)展開(kāi)發(fā)編寫(xiě)的串口通訊數(shù)據(jù)處置程序。第四章 基于CC的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì). 壓力傳感器的設(shè)計(jì).壓力傳感器的選擇壓力傳感器是工業(yè)實(shí)際中最為常用的傳感器之一，由各種對(duì)壓力敏感元件將容易丈量的被測(cè)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易傳輸和處置的電信號(hào)，供壓力顯示儀表或控制、報(bào)警運(yùn)用。其廣泛運(yùn)用于各種自控環(huán)境，涉及智能建

44、筑、消費(fèi)自控、水利、交通、航天、軍工、石化、電力、船舶、管道等眾多行業(yè)。按照其任務(wù)原理，可將壓力傳感器分為壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、電感式壓力傳感器等等，其中由于壓阻式壓力傳感器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、靈敏度高、丈量范圍大、速度快、價(jià)錢(qián)廉價(jià)、工藝成熟、便于選擇和運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)，在多種領(lǐng)城都有很廣泛的運(yùn)用。但同時(shí)也具有輸出信號(hào)微弱，抗干擾才干較差的缺陷，因此信號(hào)線有時(shí)需求采取屏蔽措施。.壓阻式壓力傳感器構(gòu)造與原理壓阻式壓力傳感器中最重要的部分是電阻應(yīng)變片，電阻應(yīng)變片是一種壓力敏感器件。經(jīng)過(guò)特殊的粘和劑將電阻應(yīng)變片嚴(yán)密的粘合到彈性敏感元件上后，就可以將元件上機(jī)械應(yīng)力變化轉(zhuǎn)換成與其相關(guān)

45、的電阻值的變化，再設(shè)法將這種電阻值的變化轉(zhuǎn)換成為容易處置的電壓或電流的變化，從而完成對(duì)被測(cè)件壓力大小的丈量。電阻應(yīng)變片中運(yùn)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又可分為絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片。普通電阻應(yīng)變片都會(huì)組成應(yīng)變電橋，并經(jīng)過(guò)后續(xù)的信號(hào)處置電路進(jìn)展放大、濾波之后，再傳輸給控制電路通常是A/D轉(zhuǎn)換器和CPU顯示或進(jìn)展控制操作。 電阻應(yīng)變片主要由電阻絲敏感器、基底、覆蓋層、引出線四部分構(gòu)成，如圖-.所示。電阻絲是壓力敏感元件;基底、覆蓋層起定位和維護(hù)電阻絲的作用；并保證電阻絲和被測(cè)試件之間絕緣;引出線用以銜接丈量導(dǎo)線以便后續(xù)操作。覆蓋層基底敏感器引線圖-.電阻應(yīng)變片的根

46、本構(gòu)造電阻應(yīng)變片的阻值可以根據(jù)不同的用途來(lái)設(shè)計(jì)，但應(yīng)該控制電阻阻值的取值范圍：假設(shè)所取電阻阻值太小，需求的驅(qū)動(dòng)電流就太大，與此同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致本身的溫度過(guò)高。在不同的環(huán)境中運(yùn)用，應(yīng)變片的阻值會(huì)有很大變化，輸出時(shí)的零點(diǎn)漂移明顯，使得調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抵抗外界的電磁干擾才干就會(huì)隨之變差。所以普通應(yīng)變片的阻值都取為幾十歐至幾十千歐。如圖-.所示，一段圓截面的金屬絲導(dǎo)線,設(shè)其長(zhǎng)為L(zhǎng),截面積為A直徑為D,原始電阻為R，金屬導(dǎo)體的 HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻值可用下式表示： R=LA (-)式中：金屬導(dǎo)體的 HYPERLIN

47、K dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻率cm/m A導(dǎo)體的截面積cm L導(dǎo)體的長(zhǎng)度m 圖-. 金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng)當(dāng)金屬絲遭到軸向力F而被拉伸或緊縮產(chǎn)生形變,其電阻值會(huì)隨之變化,經(jīng)過(guò)對(duì).式兩邊取對(duì)數(shù)后再取全微分得 -式中為資料軸向線應(yīng)變 ,且，跟據(jù)資料力學(xué),在金屬絲單向受力形狀下有 (-)式中為導(dǎo)體資料的泊松比。因此,有 (-)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),金屬資料電阻率的相對(duì)變化與其體的相對(duì)變化間的關(guān)系為 (-)式中，c為常數(shù)(由特定的資料和加工方式?jīng)Q議)，將式 (-)代入 (-) ，且當(dāng)R=R時(shí)，可得 (-)式中，k=(+)+c(-)為金屬絲資料的應(yīng)變靈敏系數(shù)。上式闡明，金屬資料電阻的

48、相對(duì)變化與其線應(yīng)變成正比。這就是金屬資料的應(yīng)變電阻效應(yīng)。當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從-式中可很容易看出，其 HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻值即會(huì)發(fā)生改動(dòng)。假設(shè)金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度添加，而截面積減少， HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而緊縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面添加， HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻值那么會(huì)減小。只需測(cè)出加在 HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank

49、 o 電阻 電阻的變化通常是丈量 HYPERLINK dianzu.gkzhan t _blank o 電阻 電阻兩端的電壓，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。 .電阻應(yīng)變片的丈量電路在運(yùn)用應(yīng)變片丈量被測(cè)件壓力變化時(shí)，最為重要的步驟就是采取適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其電阻值的微小變化進(jìn)展丈量。在實(shí)際中，普通采取的方法是把應(yīng)變片接入某種特殊電路，讓其電阻值的變化控制這個(gè)特殊電路的某些輸出通常為電壓或電流，然后對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)展相應(yīng)的處置即可。由于這個(gè)電路輸出的信號(hào)能完全反響出電阻值的變化。 圖-. 丈量電橋電路惠斯通電橋就是一種非經(jīng)常用的可以準(zhǔn)確丈量電阻變化的電路。它是以應(yīng)變片作為其部分橋臂或全部橋臂的四臂電橋。它

50、能把應(yīng)變片電阻值的微小變化轉(zhuǎn)化成輸出電壓的變化。典型構(gòu)造如圖-.所示。從前面的討論可知，應(yīng)變片的作用是將構(gòu)件外表的壓力應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓Ｆ潢P(guān)系式為RR=K普通 R= K= .。假設(shè)取 K=. =-那么 R=KR= . .顯然R太小了，這非常不便于丈量，為了到達(dá)所需目的，首先要將電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓電流信號(hào)的變化，之后再將該信號(hào)放大送入處置器進(jìn)展數(shù)據(jù)處置。 = * GB 電橋的輸出電壓設(shè)電橋中四個(gè)橋臂的電阻阻值分別為R、R、R、R。這其中恣意一個(gè)電阻都可以由電阻應(yīng)變片擔(dān)任，AC兩端作為直流電源輸入端，用UAC表示，從ABC半個(gè)橋看，流經(jīng)R的電流I1= UACR1+R2 -R兩端壓降

51、：UAB=I1 R1=R1R1+R2UAC -R兩端壓降：UAD=I3 R3=R3R3+R4UAC -電橋輸出電壓：Uo=UAB-UAD=R1R4 -R2R3(R1+R2 )(R3+R4) -由上式可知，當(dāng)R1R4=R2R3時(shí)，電橋輸出電壓Uo=0,此時(shí)稱該電橋處于平衡形狀。設(shè)處于平衡形狀的電橋在遭到形變后，各橋臂的電阻增量分別為R、R、R、R 。那么此時(shí)電橋的輸出電壓為：Uo=(R1+R1)(R4+R4) -R2+R2R3+R3(R1+R1+R2+R2 )(R3+R3+R4+R4)UAC -假設(shè)將平衡條件R1R4=R2R3帶入上式，并思索RiRi，略去高階微量，那么電橋的輸出電壓為： Uo=

52、UACR1R2R1+R22(R1R1-R2R2-R3R3+R4R4) -假設(shè)四個(gè)橋臂都為電阻應(yīng)變片，且每個(gè)應(yīng)變片的靈敏度K值均一樣，代入公式 -。那么整個(gè)電橋的輸出電壓為 U0=UACK41-2-3+4 - = * GB 電橋的平衡圖-.設(shè)置預(yù)調(diào)平衡電路丈量前，必需先使電橋處于平衡形狀，即電橋無(wú)輸出。但由于應(yīng)變片電阻值總有偏向，另外由于接觸電阻，導(dǎo)線電阻等的存在，往往電橋不能平衡，因此需設(shè)置預(yù)調(diào)平衡電路，為此在電橋中添加R5電阻和R6電位器，如圖-.所示。 = * GB 電橋的銜接方法 = * GB 半橋接線法在丈量電橋的橋臂AB、BC上銜接應(yīng)變片，另外兩橋臂AD、CD上銜接應(yīng)變儀內(nèi)部固定電阻

53、R，那么稱半橋接線法。由于下半個(gè)橋接的固定電阻不感受應(yīng)變，由公式可得應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋?d=1-2 -實(shí)踐丈量時(shí)，可分為兩種情況 = * alphabetic a半橋丈量：電橋的AB、BC橋臂銜接應(yīng)變片。 = * alphabetic b半臂丈量：電橋的AB、BC橋臂，任一橋臂上接任務(wù)應(yīng)變片，而另一橋臂接溫度補(bǔ)償片。 = * GB 全橋接線法在丈量電橋的四個(gè)橋臂上都接上應(yīng)變片。對(duì)于等臂電橋，此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)由公式-可得出：d=1-2-3+4 -實(shí)踐丈量時(shí)，可分兩種情況： = * alphabetic a全橋丈量：四個(gè)橋臂上都接任務(wù)應(yīng)變片； = * alphabetic b相對(duì)兩臂丈量：電橋

54、相對(duì)兩臂接任務(wù)應(yīng)變片，另相對(duì)兩臂接溫度補(bǔ)償片。. 溫度補(bǔ)償由于溫度的變化，壓力傳感器經(jīng)常會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移，呵斥丈量上的誤差，這時(shí)就需進(jìn)展溫度補(bǔ)償。常用的溫度補(bǔ)償方法有兩種，補(bǔ)償塊補(bǔ)償法與任務(wù)片補(bǔ)償法。 = * GB 補(bǔ)償塊補(bǔ)償法 圖-.設(shè)置溫度補(bǔ)償方式如圖-.所示，在被測(cè)基體上粘貼應(yīng)變片R1作為任務(wù)片，銜接至AB橋臂上。在補(bǔ)償塊上粘貼應(yīng)變片R2作為補(bǔ)償片，銜接至BC橋臂上，AD和CD橋臂接固定電阻組成等臂電橋。當(dāng)R、R阻值因溫度的變化是一樣的，利用橋路特性即消除影響。 = * GB 任務(wù)片補(bǔ)償法在被測(cè)件上粘貼多個(gè)一樣的任務(wù)應(yīng)變片后將它們接入電橋中。這樣當(dāng)被測(cè)件遭到壓力作用形變時(shí)，每個(gè)應(yīng)變片都遭到

55、外力和溫度共同作用引起的形變，根據(jù)橋路根本特性可消除t ,減少溫度的影響。 . 信號(hào)放大電路. 放大器的選擇被測(cè)的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號(hào)幅度很小，無(wú)法進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換，必需對(duì)這些模擬電信號(hào)進(jìn)展放大處置。為使電路簡(jiǎn)單便于調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用三運(yùn)算放大器電路，由于在具有較大共模電壓的條件下，儀表放大器可以對(duì)很微弱的差分電壓信號(hào)進(jìn)展放大，并且具有很高的輸入阻抗。這些特性使其遭到眾多運(yùn)用的歡迎，廣泛用于丈量壓力和溫度的應(yīng)變儀電橋接口、熱電耦溫度檢測(cè)和各種低邊、高邊電流檢測(cè)。. 三運(yùn)放放大電路本次設(shè)計(jì)的放大器采用了三運(yùn)放放大電路，由于它具有高共模抑制比的特點(diǎn)。輸出級(jí)圖-. 三運(yùn)放放大電路它由三個(gè)集成運(yùn)算放

56、大器組成，如圖-.所示。其中A和A為兩個(gè)性能一致(主要指輸入阻抗，共模抑制比和增益)的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對(duì)稱差動(dòng)放大輸入級(jí)，A構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級(jí)，用來(lái)進(jìn)一步抑制A和A的共模信號(hào)，并順應(yīng)接地負(fù)載的需求。由于每個(gè)放大器求和點(diǎn)的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，因此，整個(gè)差分輸入電壓如今都呈如今RG兩端。由于輸入電壓經(jīng)過(guò)放大后在A 和A的輸出端的差分電壓呈如今R，RG和R這三只電阻上，所以差分增益可以經(jīng)過(guò)僅改動(dòng)RG進(jìn)展調(diào)整。這種銜接有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一旦這個(gè)減法器電路的增益用比率匹配的電阻器設(shè)定后，在改動(dòng)增益時(shí)不再對(duì)電阻匹配有任何要求。假設(shè)RR，RR和RR，那么VOUT=(

57、VINVIN)(R/RG)(R/R)。由于RG兩端的電壓等于VIN，所以流過(guò)RG的電流等于VIN/RG，因此輸入信號(hào)將經(jīng)過(guò)A 和A 獲得增益并得到放大。然而須留意的是對(duì)加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有一樣的電位，從而不會(huì)在RG上產(chǎn)生電流。由于沒(méi)有電流流過(guò)RG也就無(wú)電流流過(guò)R和R，放大器A 和A 將作為單位增益跟隨器而任務(wù)。因此，共模信號(hào)將以單位增益經(jīng)過(guò)輸入緩沖器，而差分電壓將按 RF/RG的增益系數(shù)被放大。這也就意味著該電路的共模抑制比相比與原來(lái)的差分電路增大了 RF/RG倍。在實(shí)際上闡明，得到所要求的前端增益由RG來(lái)決議，而不添加共模增益和誤差，即差分信號(hào)將按增益成比例添加，而共模誤

58、差那么不然，所以比率增益差分輸入電壓/共模誤差電壓將增大。因此CMR實(shí)際上直接與增益成比例添加，這是一個(gè)非常有用的特性。最后，由于構(gòu)造上的對(duì)稱性，輸入放大器的共模誤差，假設(shè)它們跟蹤，將被輸出級(jí)的減法器消除。這包括諸如共模抑制隨頻率變換的誤差。. 主控制器CC 是德州儀器Texas Instruments，簡(jiǎn)稱：TI所開(kāi)發(fā)的用于.-GHz、遵照 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm IEEE .、ZigBee規(guī)范和RFCE技術(shù)的 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm 片上系統(tǒng)SOC處理方案。該方案以低廉的本錢(qián)、簡(jiǎn)單的硬件需求，就可建勝利能強(qiáng)大的

59、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC芯片結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能。其管腳圖如圖-.所示。圖-. CC管腳圖CC內(nèi)設(shè)有一加強(qiáng)型單片機(jī)，運(yùn)用規(guī)范的指令集，內(nèi)核的對(duì)象代碼兼容業(yè)界規(guī)范的微控制器，他們?cè)诠δ苌鲜堑韧模珔s比規(guī)范的快的多，由于它的每個(gè)指令周期是一個(gè)時(shí)鐘，而規(guī)范的每個(gè)指令周期是個(gè)時(shí)鐘，由于由于一個(gè)指令周期與能夠的內(nèi)存存取是一致的，大多數(shù)單字節(jié)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行，這樣消除了總線形狀的浪費(fèi)。除了速度提高之外，加強(qiáng)型還包括構(gòu)造上的改善，例如第二個(gè)數(shù)據(jù)指針和一個(gè)擴(kuò)展的源中斷單元等。系統(tǒng)內(nèi)置可編程閃存，-KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。CC 有四種不同的閃存版本：CCF/，分別具有/KB 的閃存。C

60、C內(nèi)部還具有強(qiáng)大的 通道DMA、IEEE . MAC HYPERLINK baike.baidu/view/.htm 定時(shí)器，通用定時(shí)器一個(gè) 位定時(shí)器，一個(gè) 位定時(shí)器、具有 路輸入的個(gè)可配置分辨率的 位ADC、個(gè)支持多種 HYPERLINK baike.baidu/view/.htm 串行通訊協(xié)議的強(qiáng)大USART、個(gè)通用I/O HYPERLINK baike.baidu/view/.htm 引腳 mA， mA。CC 具有不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使得它尤其順應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)轉(zhuǎn)方式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源耗費(fèi)。還具有順應(yīng).-GHz、IEEE .規(guī)范的RF 收發(fā)器，其擁有極高的接納靈敏度