基于zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)倉儲環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

ClassifiedADissertationfortheDegreeofM.TheDesignofStorageEnvironmentParametersMonitoringSystemBasedontheZigbeeWirelessSensorNetwork AssociateProf.YuAcademicDegreeApplied Masterof ControlTheoryandControlDateof Jan.,DateofOral HarbinEngineering摘全球經(jīng)濟進程的快速發(fā)展，使各國的物流業(yè)務(wù)得到了廣闊的拓展空間。物流業(yè)依靠其自身的發(fā)展，已經(jīng)成為世界主要的新興產(chǎn)業(yè)。倉儲作為現(xiàn)代物流行業(yè)的重Zigbee技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中的新成員，其特點在于傳輸距離短、IEEE802．15．4標準，主要運用于關(guān)鍵字：倉儲環(huán)境、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Zigbee技術(shù)、監(jiān)測系Theprocessofglobaleconomicintegrationandrapiddevelopmentofnationaleconomy,especiallythelogisticsindustrytoprovideabroadgrowthspace.Logisticsindustrytorelyonitsowndevelopment,has eoneofthemainindustries.Warehousingasoneoftheimportanttasksofmodernlogisticsindustry,withthecontinuousdevelopmentofthelogisticsindustrytoexpand,thescaleandspecialized,large-scaledevelopmenttrend.Warehousingenvironmentdirectlyaffectsthecustomertoselectlogisticscompanies,hasasuitabletemperature,humidityismoderate,doesnotaffectthequalityofthegoodswarehousinglogisticscompanieswillbemoreandmorecustomersofthepro-lai.Articlesinthestorage ingmoredemanding,requirestoragetotheparametersoftemperatureandhumiditycollection,display,control,atthesametimetoachievemoreefficient,moreconvenient,morestableandotherrequirements.Asatargetforsurveillancesystemofthewirelesssensornetworkhasreceivedincreasingattentioninvariousfields,thenetworksystemismainlycomposedofasensingdetector,computerapplications,wirelesscommunicationsandcomposedofthreeparts.Bywayofwirelesscommunicationnetworkintheregionitself,useinthenetworkalargenumberofsensornodes,collection,transmission,processingdata.Asthedevelopofeconomic,thewirelesssensornetworkgraduallywithinligentinformationprocessing,datatransmissionofwirelessnodes,volumemicromation,modulefunctionofthecharacteristicsofthestyle.Embeddedcomputing,suchasintegratedcircuitplate,sensorminiaturizationandothercutting-edgetechnologyinnovationandpracticeinawiderangeofapplications,wirelesssensornetworkshavebeengraduallyreplacingthewirednetwork enetworkwillbetheinevitabledevelopmentdirection.Zigbeetechnologywirelesssensornetworkcommunicationtechnologyisanewmemberofthefamily,basedontheIEEE802.15.4standard,proposedtheZigbeeprotocol.Comparedwithothercommunicationtechnology,Zigbeeemphasizeslowrate,shortdistance,lowpowerconsumption,lowprice,easytousepositioning.Thetechnologyininligentcontrol,agriculture,healthcare,consumerelectronics,andhaswidemarketapplicationprospectandspace.ThispaperistheapplicationofZigbeetechnologyhasthecharacteristicsofstorage,accordingtoactualsituation,researchanddesignofwarehousingenvironmentparametersmonitoringsystem.Thesystemofstoragetemperature,humidityandotherparametersinthedatacollection,transmissionandprocessing,throughthehostcomputerfordisplay,soastoachievetherealtimemonitoringofwarehousinggoodsinthe.Throughtothemassivedomesticandforeigndatareadingandfinishing,in-depthresearchandysisofthetechnicalcharacteristicsofZigbee,andwiredtransmissionthroughcomparative,proveditsadvancednatureandpracticality.Thisarticlefirstelaboratedtheresearchbackground,presentsituationandpracticalsignificance;secondlyintroducesZigbeenetworkinhardware,softwaremodulesusedandestablishedway;againthroughlaboratorypracticaldataysisandtheoryofdatacomparison,thesystemreliabilityandstability.::Storageenvironment,wirelesssensornetwork,Zigbeetechnology,目11.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn) 21.322章Zigbee協(xié)議棧構(gòu)架及組網(wǎng)研 2.1Zigbee42.2Zigbee4第物理層 介質(zhì)接入子層 網(wǎng)絡(luò)層 應(yīng)用層 應(yīng)用層程序框架 Zigbee設(shè)備對象 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成與 6Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組 設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的本章小結(jié) 3.2CC2430單片機基本特 無線模塊電路結(jié)構(gòu)建立與研 電壓轉(zhuǎn)化模塊研究與建 LD1117基本特 電壓轉(zhuǎn)化模塊電路建 溫濕度傳感器模塊研究與建立 SHT11溫濕度主要特 SHT11溫濕度傳感器電路模塊建 串口通信模塊建立 MAX232基本特 串口通信模塊電路研究與建 本章小結(jié) 第4章系統(tǒng)軟件模塊建 系統(tǒng)軟件整體建立 OSAL系統(tǒng)工作流程和事件傳遞機 OSAL系統(tǒng)的工過流 OSAL系統(tǒng)中事件的傳遞機制及捕 協(xié)調(diào)器和路由器模塊的軟件建 協(xié)調(diào)器和路由器模塊的程序總體流 關(guān)于溫濕度傳感器模塊的軟件建 串口模塊軟件建 上位機軟件平臺的設(shè) 本章小結(jié) 第5章系統(tǒng)調(diào) 串口模塊調(diào)試 MAX3223的串口模塊調(diào) 采用MAX232的串口模塊調(diào) 5.2SHT1134 參考文 攻讀期間的和取得的科研成 1得的數(shù)據(jù)傳送到中心的上位機顯示。這就需要我們通過溫濕度集散控制技術(shù)來解決該問題。溫濕度集散控制技術(shù)是利用溫濕度傳感器信號，通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給控制器進行處理、運算，最后將運算結(jié)果上傳給中算機，通過控制設(shè)備進行自動未來產(chǎn)生巨大影響，在十種新興技術(shù)中名列。與此同時，國防部和各軍事部門基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及特點，根據(jù)客戶對倉儲貨物的實際要求，開發(fā)研究監(jiān)測PC，再根據(jù)PC發(fā)來的控制指令對一般節(jié)點進行控制，一般節(jié)點由無線傳輸模塊、微處理器、傳感器、電源組成。主要完成(由傳感器完成)、獲取與周圍節(jié)點之間的距離、將給周圍節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)周圍節(jié)點的PCS232協(xié)議（串行數(shù)據(jù)接口標準）6.00。2章ZigbeeZigBee技術(shù)是在IEEE802.15.4協(xié)議的基礎(chǔ)上規(guī)定了物理層(PHY控制層(MA)，并根據(jù)協(xié)議建立的低速率、個人局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范。該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議于OPEN系統(tǒng)互連模型，每層實現(xiàn)單的通信功能，并由低級層向高級層。IE80.1.協(xié)議標準只定義了物理(PH)層和 控制層的(MAC子層。物理層(PH)由射頻收發(fā)器以及底層的控制模塊構(gòu)成。控制層(MA)則為高級層物理信道提供點到點通信的服務(wù)接口。Ze則定義了網(wǎng)絡(luò)層(N)、應(yīng)用支持層P)和應(yīng)用層()。所以完整的Zbe協(xié)議棧由物理層、介質(zhì)控制層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層組成。應(yīng)用層根據(jù)用戶自己需要對其進行開發(fā)利用。采用免多載波信道接入方式，避免了無線電載。證數(shù)的性，Zibe建立了完整的應(yīng)答通信協(xié)議。該無線協(xié)議主應(yīng)用于低率，低功設(shè)備的網(wǎng)，支持ts數(shù)據(jù)輸率，可以實現(xiàn)一點對多點的快速組網(wǎng)。該技術(shù)的主要優(yōu)點是可靠安全、低速率、時延短、容量大122。Zigbee傳輸設(shè)備是低功耗、近距離設(shè)備，其發(fā)射輸出功率為3.6dBm,通信距離為30~70M,具有能量檢測和鏈路質(zhì)量指示能力。系統(tǒng)根據(jù)檢測結(jié)果，可以使網(wǎng)內(nèi)設(shè)備自動調(diào)整。在保證通信鏈路質(zhì)量的條件下，最Zigbee可以根據(jù)實際需要構(gòu)造成星形網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)、拓撲網(wǎng)絡(luò)等。在每一個Zigbee組成的無線網(wǎng)絡(luò)中，連接地址碼分為16位短地址碼或者64位長地址碼，該地址碼具有較大的網(wǎng)絡(luò)容量[23-25]。在Zbe的體系結(jié)構(gòu)中，各個模塊被稱為層，系統(tǒng)就是由這些層所組成26每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實AP為其上層提供一個接口，每個服務(wù)接入點通過服務(wù)原語來完成所對應(yīng)的功能。物理層Zigbee的喚醒Zigbee信道接入方式介質(zhì)接入子層協(xié)調(diào)多個設(shè)備恰當(dāng)?shù)厥褂猛ㄐ刨Y源。IEEE802.15.4的MAC層提供了信道接入(CSMA-CA和TDMA),本地網(wǎng)絡(luò)建立和同步、安全、可靠通信等功能。控制層負責(zé)處理物理無線信道，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號、同步信號，同時支持(6)處理和維持保護時隙(GTS機制；在兩個對等的MAC實體間提供一個可靠的通信鏈路網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是Zigbee協(xié)議棧的部分。網(wǎng)絡(luò)層主要為節(jié)點進入或斷開網(wǎng)絡(luò)的實(4)路由器初始化重新復(fù)位設(shè)備信息庫[30]應(yīng)用層應(yīng)用支持層(APS)Zigbee設(shè)備對象(ZDO)和制造商所定義的應(yīng)用對象等三部備之間傳送消Zigbee設(shè)備對象的功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中是協(xié)調(diào)器還是終端設(shè)備；在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機制；發(fā)起和響應(yīng)綁定請求。Zigbee設(shè)備對象還負責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服Zigbee應(yīng)用層應(yīng)用層程序框架廠商自定義的應(yīng)用對象就是運行在Zigbee協(xié)議棧上的應(yīng)用程序，而且遵守規(guī)范(profile)運行在端點1240上。在Zigbee應(yīng)用中，提供2種規(guī)范服務(wù)類型：鍵值對(KVP或報文(MSG)。Zigbee設(shè)備對象象獲得對應(yīng)描述符值。另外，ZDO提供綁定服務(wù)[32]。協(xié)議棧體系分層架構(gòu)與協(xié)議棧代碼文件夾對應(yīng)表2.1如下：2.1 物理層( ( 鏈路 (MAC和 Zigbee設(shè)備對象(ZDO) Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組PAN協(xié)調(diào)器先進行設(shè)備重置，通過MLMERESET.Request重新設(shè)置設(shè)備[33]。此原語里面有一個參數(shù)重置參數(shù)指示(SetDefaultPIB),它若為TRUE控制層屬性都重置為默認值，若為FALSE，則保持系統(tǒng)原值。(MAC層重置的時候需調(diào)用物理層PLME-SET-TRX-STATE.request原語關(guān)閉收發(fā)機以防干擾，然后重新設(shè)置MAC層屬性，再通過MLME-RESET.confirm原語通知操作的結(jié)果。)PANPANPAN標識的標識都不同的標識，同時還要設(shè)置自己的短地址。PAN協(xié)調(diào)器可以進行能量PAN協(xié)調(diào)器再設(shè)置BO,SO,信標時間等參數(shù)，并通過MLME-START.request原語啟動設(shè)備工作。設(shè)置MAC層參數(shù)需要通過MAC層屬性設(shè)置過程，條用MLMESET原語進行。過程如圖2.1。MACMACMLME-關(guān)MLME-MLME-置收發(fā)機為接PD-信PD-MLME-設(shè)置工作信道設(shè)置收發(fā)機設(shè)能量掃描過主動掃描過設(shè)置PAN標建立網(wǎng)絡(luò)是一個自動的過程，協(xié)調(diào)器在應(yīng)用指定的網(wǎng)絡(luò)新到范圍內(nèi)進行能量掃描，通過在各個信道上進行，獲取各信道能量水平。這個能量可以看做是各個信道上的干擾，可以通過一個門限比較，能量水平低于門限的認為干擾水平主要目的是探測已存在的網(wǎng)絡(luò)，最后選擇在已存在網(wǎng)絡(luò)最少的信道上建立網(wǎng)絡(luò)，從建立的過程可以看到，協(xié)調(diào)器會選擇一個干擾和最少的信道建立網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，如果應(yīng)用需要在某個特定的信道上建立網(wǎng)絡(luò)，那么可以限定網(wǎng)絡(luò)工作信道范圍為指定的范圍，同時設(shè)定一個要求較低的門限。當(dāng)固定工作信道已后，設(shè)備將能再一步定義其它的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括PAN標識，網(wǎng)絡(luò)地址，擴展PAN標識等等。其中PAN標識是某個偶然生成的且不等于ff16比特標識0ff是廣播PAN標識)，網(wǎng)絡(luò)地址給協(xié)調(diào)器分配為一個固定的值0X000，但擴展PAN標識將能實現(xiàn)由網(wǎng)絡(luò)層屬性wte設(shè)置，若該屬性值為0，那么將把擴展PAN標識設(shè)置為IE地址，這一屬性功能在PAN標識一節(jié)中Zbe下面介紹組建網(wǎng)絡(luò)信息流原語：應(yīng)用層由NLME-NETWORK-FORMATIONr.equest觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)層進行網(wǎng)絡(luò)建立過程。原語包括掃描信道(ScanChannels)，掃描時間(ScanDuration)，信標階等參數(shù)。而網(wǎng)絡(luò)層通過NLME參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)建立的具體過程是調(diào)用MAC層MLME-SCAN原語先進行能量掃描和主動掃描在NLMENETWORKFRMATION參數(shù)后調(diào)用MLMESET原語對參數(shù)進行設(shè)置，最后通過原語啟動協(xié)調(diào)器。所包含的參數(shù)傳遞到MAC層作為掃描的參數(shù)，完整的過程如圖2.2所示：應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò) MACNLME-NLME-MLME-MLME-MLME-MLME-SCAN-MLME-MLME-MLME-MLME-NLME-設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)過

2.21、加入網(wǎng)絡(luò)時MAC層動作流要加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備先通過MLME-RESET原語重設(shè)置設(shè)備，通過主動掃描或掃描查找周圍的網(wǎng)絡(luò)，然后從掃描結(jié)果中選擇合適的PAN入。向MAC層發(fā)送MLME-ASSOCIATE.request開始連接過程，然后設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送連接請求命令(Associate.request)1個應(yīng)答，MAC層向發(fā)送MLME-ASSOCIATE.indication表示收到了連接請求命令。無論是否接納都會通過MLME-ASSOCIATE.request原語讓MAC層發(fā)送連接響應(yīng)命令到請求設(shè)備。收到連接響應(yīng)命令后，設(shè)備通過原語通知。原通過連接加入網(wǎng)新節(jié)點直接調(diào)用MA層的主動掃描，發(fā)送MA層信標請求命令，然后一段時間看是否收到信標。在掃描過程，若收到信標只能說明存在54網(wǎng)絡(luò)，但不一定是Zbe網(wǎng)絡(luò)。同一個網(wǎng)絡(luò)的多個信標只報告一個。協(xié)議可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報告的網(wǎng)絡(luò)信息從當(dāng)決定加入哪個網(wǎng)絡(luò)之后，新節(jié)點確定是否以路由器加入，然后確定通址來設(shè)置自己的網(wǎng)絡(luò)地址。若新節(jié)點以末端節(jié)點加入的話，新節(jié)點還需要發(fā)起網(wǎng)絡(luò)層NLME-START-ROUTER原語，控制MACMLME-START原語把儲在鄰居表當(dāng)中，主要檢查IEEE地址和設(shè)備類型若父節(jié)點事先已存有此節(jié)點信息，這是通過連接響應(yīng)吧記錄的網(wǎng)絡(luò)地址通知子節(jié)點就可以了。若沒有子節(jié)點的IEEE地址，或者檢查子節(jié)點的設(shè)備類型和的不相同，就認為子節(jié)點是一重新通過配置加入網(wǎng)孤立節(jié)點加入網(wǎng)這種方式與其它方式的不同之處在于這種方式子節(jié)點通過孤立節(jié)點掃描的方式尋找原先的父節(jié)點。這種方式的目的節(jié)點只有一個就是原先的父節(jié)點，若尋找C看錄是有節(jié)對應(yīng)EEE網(wǎng)C允許節(jié)點加入網(wǎng)Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的接發(fā)送也不同：二是在GTS當(dāng)中發(fā)送。PAN采取相同的標識，設(shè)備通信的時候需攜帶地故需及時發(fā)現(xiàn)這種情況，并對其標識進行更新，使鄰近的PAN不同的標識。解決過程：PAN的兩種異常情況：一種是PAN協(xié)調(diào)器收到另一個PAN協(xié)調(diào)器的信標，并且這個信標所攜帶的源PAN標識跟自己的PAN標識相同；第二種連接到PAN協(xié)調(diào)器的設(shè)備，收到一個由一個PAN協(xié)調(diào)器發(fā)過來的信標，但是信標當(dāng)中攜帶的源地址不同于所連接的PAN協(xié)調(diào)器的地址，無論是短地址或是擴展地本章小本章主要介紹Zigbee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)及Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立與維護。Zigbee協(xié)議棧包括物理層，控制層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立與包括協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，路由器加入網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)的解3從整體上，我可以把硬件分為三個整體：一個為協(xié)調(diào)器整體(3.1)，負責(zé)與路由器設(shè)備和電腦通信；另外兩個是路由器整體(3.2)，除了與協(xié)調(diào)器通信外，還負責(zé)驅(qū)動SHT11溫濕度傳感器模塊并接受傳感器的測量數(shù)據(jù)。5v5v電電壓無線無線模串口模3.1

3.2CC2430單片機基本特1、CC2430CC2430單片機由一個增強型工業(yè)標準的8位8051微控制器內(nèi)核組成，其運行時鐘32MHz。執(zhí)行速度快，沒有浪費的總線狀態(tài)，使得使用標準8051指令集的CC增強型內(nèi)核，其性能為標準的8051內(nèi)核的性能8倍[35]。CC2430集成了一個32MHz晶體振蕩器，一個16MHzRC-振蕩器，一個可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個可選的32.768kHzRC振蕩器。4個振蕩器用于系CC2430也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個AES協(xié)處理器被集成在CC2430，以支持IEEE802.15.4MAC安全所需的(128位關(guān)鍵字)AES的運行，以中斷控制器為總共184個中外部Flash編程。I/O控制器的職責(zé)是21個一般I/O口的靈活分配和可靠控制[38]。CC2430由四個定時器組成：一個16位MAC定時器，用以為IEEE802.15.4的CSMACA算法提供定時以及為IEEE802.15.4的MAC層提供定時。一個一般的16位和兩個8位定時器，支持基本的定時/計數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和功能?？删幊炭撮T狗；兩個可以進行編程的USART，用于主/從SPI或UART操作[40]。2、CC2430性能高和功耗低的8051微控制器集成符合IEEE80GHz的RF于0.6A的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。硬件支持CSMA/CA功能較寬的電壓范圍2.0~3.6V)2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的162個8功能豐富的開發(fā)工具[41,42]無線模塊電路結(jié)構(gòu)建立與研無線龍技術(shù)公司開發(fā)設(shè)計的Zigbee協(xié)議棧高級開發(fā)系統(tǒng)C51RF3，是經(jīng)IEEE802.15.4標準和Zigbee技術(shù)標準的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計開發(fā)的相關(guān)要求。但是為了更好地研究Zigbee協(xié)議棧，本設(shè)計只采用此開發(fā)系統(tǒng)的無線模塊，其他模塊P1.1口控制紅綠小燈的狀態(tài)。1019，2143，44外接兩個晶振電路，給單片機提供不同的時鐘信號。32，33，34引腳接天線模塊。無線模塊原理圖見圖3.3。3.3LD1117基本特和過流保護。它應(yīng)用范圍廣泛，可以提供1.2V，1.5V，1.8V2.5V3.3V5V固定電壓輸出；同時也提供可調(diào)輸出(在1.2~VCC)2電阻調(diào)整來實現(xiàn)[41]。此穩(wěn)壓源輸入最高電壓16V提供固定電壓輸出1.2V1.5V1.8V2.5V3.3V5V輸出電壓精度可控制在1%的范圍內(nèi)；(4)較寬輸出電流范圍1mA--1A；(5)高線性調(diào)整率和負載調(diào)整率；(7)提供封SOT223TO252電壓轉(zhuǎn)化模塊電路建電源有兩種方案：提供兩個電源(一個5V，一個3.3V)5V轉(zhuǎn)化為3.3V的。最后本設(shè)計選擇將5V轉(zhuǎn)為為3.3V的。一方面因為直接提片。5V電源直接給串口供電，在另外一條線5V電壓經(jīng)過LD1117轉(zhuǎn)換成3.3V給無線模塊供電。USB接口，而且路由器沒有串口池提供。LD1117引腳連接情況：1引腳接5V電源，2引腳接地，3引腳輸出3.4SHT11溫濕度主要特1、SHT11主要特是sirion公司推出的數(shù)字溫濕度傳感器[42]。該主要應(yīng) 傳輸可靠性高，支持CRC傳輸校驗；接口簡單，提供SCK和DATA內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器，可編程調(diào)節(jié)測量精體積小(7.62mmx5.08mmx2.5mm)，測量和通信終止后，自動跳高可靠性，采用CMOSens2、SHT11的引腳功14：信號地和電源，其工作電壓范圍是2.45.5V23：二線串行數(shù)字接口，其中DATA為數(shù)據(jù)線，SCK為時鐘線；腳5~8：未連接。電壓信號經(jīng)過放大模塊進行放大，進入14位的A/D轉(zhuǎn)換器，通過2線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示[43]。放大SHT11在出廠前需要校準的，并在一定的環(huán)境下進行。這樣在使用時可以經(jīng)放大I2C和SHT11溫濕度傳感器電路模塊建SHT11溫濕度傳感器主要功能是將外界溫濕度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳給路由器模塊。本研究設(shè)計重點是如何將Zigbee技術(shù)應(yīng)用到中，并將溫度傳感器，濕度傳感器用一個集成代替，直接用集成測出節(jié)點溫濕度信息。SHT11溫濕度傳感器模塊連接情況：14引腳接3.3V電源，56，7，8引腳懸空[44]。接線圖如圖3.6所示：3.6MAX232基本特MAX232是美信()公司推出的遵從RS-232協(xié)議標準的電平轉(zhuǎn)換，采用單一的電源為5V[44]。第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4個電容組合而成。功能是產(chǎn)生12v、-12v兩個反向的電源，供給RS-232串口電平的需求。第二部分為變換數(shù)據(jù)信息通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳(R1IN)、12腳(R1OUT)、11腳(T1IN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道。8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)據(jù)自T1OUT、T2OUT傳到電DB9接口；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)R1INR2IN輸入變換為TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC(5V符合使用RS232C只需要一個5V和-10V電壓V、V-功耗低，提供電流為5mA內(nèi)部具有2個RS232C集成度高，外最低 個電容即可工作串口通信模塊電路研究與建模塊化，非常適合串口模塊。電路如圖3.7所示：

3.7本章主要講解系統(tǒng)各硬件模塊設(shè)計過程。系統(tǒng)硬件模塊包括無線模塊，電壓轉(zhuǎn)化模塊，溫濕度傳感器模塊和串口通信模塊。各模塊硬件設(shè)計主要內(nèi)容包括選取符合設(shè)計要求的廉價，電路的搭建，原理圖的完成。其中最重要的是溫度傳感器的選取由于本重點是將Zbe技術(shù)于，故可以選用溫濕度集成 。4從程序上看，整個程序都是基于協(xié)議棧的基礎(chǔ)上設(shè)計的，而協(xié)議棧里存在OSAL系統(tǒng)。無論是串口模塊，還是溫濕度傳感器模塊都是通過在OSAL系統(tǒng)中通過添加任務(wù)的方式在Zigbee協(xié)議棧中運行的。故首先得搞清楚OSAL系統(tǒng)的工作流程或者處理事件的OSAL系統(tǒng)的工過流OSAL是一種利用任務(wù)分配資源機制,進而組建了一個不復(fù)雜的多任務(wù)操系統(tǒng)首先，OSAL對任務(wù)和資源的配置進行初始化。軟件單元系統(tǒng)的初始化是指對任務(wù)表，處理事件結(jié)構(gòu)體和序列號進行設(shè)置。資源配置是指對內(nèi)存、任務(wù)調(diào)度、NV等各種OSAL通過osal_add_task添加任務(wù)到任務(wù)表中，構(gòu)成一放，低者排放于后。最后，開始運行系統(tǒng)，系統(tǒng)是以無線循環(huán)的方式進行工作的。當(dāng)某個事件被觸發(fā)時，OSAL將會把此事件分配給能夠處理此事件的函數(shù)，進而該函數(shù)ZSEGintmain(void{tHalDrivneirtI(it(NULL);zmain_eaxdtd_r(ZMacIn;InitBoard(OB_READY);OSAL系統(tǒng)中事件的傳遞機制及捕OSAL系統(tǒng)事件處理流程：當(dāng)有事件需要響應(yīng)的時候tasksEvent數(shù)組中相應(yīng)的元素為非零數(shù)。接著，用do-while循環(huán)語句找出優(yōu)先級最高的事件出來。然后，變量event取得tasksArr數(shù)組中相應(yīng)事件處理函數(shù)的理函數(shù)來響osal_start_timerEx()4.1OSALOSAL_SHApp.c文件里面找到一個很重要的數(shù)組tasksArr和一個同樣很重要的函數(shù)osalInitTasks。osalInitTasks為OSAL的任務(wù)初始化函數(shù)，所有任務(wù)初始化流程將在此執(zhí)行，而且自動地給每個任務(wù)分配一個ID號。數(shù)的地址添加到此數(shù)組。然后在osalInitTasks中調(diào)用此任務(wù)的初始化函數(shù)。SHApp_ProcessEvent這個函數(shù)被添加到了數(shù)組的末尾，SHApp_Init這個函數(shù)在接收到正確的任務(wù)ID[47]。另外，為了保存任務(wù)初始化函數(shù)所接收的任務(wù)ID并且在SHApp_Init函數(shù)中進行了賦值{}

中定義了一個全局變量這條語句將分配給SHAppID保存了下來。這樣就在應(yīng)用程序中完整的添加OSAL_SHApp.c這個文件在定義TaskArr這個數(shù)組之后，又定義了兩個全局變量t這個變量了此刻的任務(wù)數(shù)量{tasksEvents=(uint16*)osal_mem_alloc(sizeof(uint16)* osal_memset(tasksEvents,0,(sizeof(uint16)* t));}所有任務(wù)的初始狀態(tài)均定義為0main函數(shù)在ZMain文件夾的ZMain.c文件中。main()中的osal_init_system()函數(shù)調(diào)用osalInitTasks()，從而使tasksEvents中的所有內(nèi)容被初始化為0。之后，在main函數(shù)中的osal_start_system()函數(shù)包含一個死循環(huán)，在這個循環(huán)中，{{{}while(idx }{}因此，OSAL就將需響應(yīng)事件送給了相應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù)并進行處理[54]3、OSAL系統(tǒng)中事件的按鍵在應(yīng)用里面應(yīng)該屬于硬件資源，所以O(shè)SAL理應(yīng)提供使用和管理這些硬件的服務(wù)。tasksArr這樣一個數(shù)組，它保存了所有任務(wù)的事件處理函數(shù)。這個數(shù)組有一個很重要的信息：Hal_ProcessEvent。HAL(Hardware ionLayer)翻譯為“硬件抽象層”。許多人在這里經(jīng)常把將Z-Stack的硬件抽象層與Zigbee的物理層混為一談。OSAL將硬件的管理也作為一個任務(wù)來處理。那么我們很自然的去尋找專門建立了一個任務(wù)來對硬件資源進行管理，這個任務(wù)的事件處理函數(shù)是Hal_ProcessEventosal_start_timerEx(Hal_TaskID,HAL_KEY_EVENT,100);這個函數(shù)使得每隔100毫秒就會執(zhí)行一次HalKeyPoll()函數(shù)。HalKeyPoll()獲取當(dāng)前按鍵的狀態(tài)，并且通過調(diào)用OnBoard_KeyCallback函數(shù)向SHApp任務(wù)發(fā)送一個按鍵消息，并且設(shè)置tasksEvents中SHApp所對應(yīng)的值為非零。如此，當(dāng)main函數(shù)里這樣一段程序：{{if{}}while(idx t);=(])(events)；這個函數(shù)調(diào)用其事件處理函數(shù)，完成事件的響應(yīng)[52]。要驅(qū)動SHT11溫濕度傳感器并接受其檢測的溫濕度參數(shù)[48]。協(xié)調(diào)器和路由器模塊的程序總體流件處理函數(shù)不一樣。具體如圖4.2,4.3所示。開開進入調(diào)用tasksArr調(diào)用tasksArr調(diào)用tasksArr數(shù)組調(diào)用tasksArr數(shù)組進入關(guān)于溫濕度傳感器模塊的軟件1、SHT11溫濕度傳感器模塊程序工作流CC24301個啟動傳輸時序，接著調(diào)用寫時序發(fā)布溫度或濕度(取決于設(shè)定類型參數(shù)，03H是溫度的測量，05H是濕度的測量)的測量指令碼，隨之延時等將實際溫度值于固定單元中[53]。圖4.4為SHT11溫濕度傳感器模塊程序流程圖。SHT11SHT110單片機對 CC2430單片機對啟動命令：當(dāng)SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK跳變?yōu)榈碗娖?，隨之在SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)成為高電平。啟動命令時序圖見圖4.5。4.5SHT11溫濕度傳感器模塊啟動程序:staticvoidsstart(void){SDA_ 1SHT11_S0(delay_SHT11_S1(delay_SHT11_D0delay_SHT11_S0(delay_SHT11_S1(delay_SHT11_D1delay_SHT11_S0(delay_ //通過DATA的兩次翻轉(zhuǎn)來啟變量的內(nèi)容為寫操作的地址結(jié)SHT11_SCK()為延時變量的內(nèi)容為寫操作的地址結(jié)SHT11_SCK()為延時一段時間再為1，再延時一 循環(huán)次數(shù)沒時循環(huán)次數(shù)已SHT11_DTA()狀SHT11_DTA()為SHT11_DTA()為SHT11_DTA()SHT11_DTA()為4.6{

for(i0x80;i0;i/{ifival //valueSHT11_D1(A)elSHT11_D0(A)SHT11_S0()delay_SHT11_S1(delay_SHT11_S0(}SHT11_D1SDA_delay_SHT11_S1(delay_if(SHT11delay_SHT11_S0(}

’表示相對濕度RH，‘ 器要等待測量結(jié)束。SHT11通過下拉DATA至0并進入空閑模式，表示測量的終止?？刂破髟谟忠淮未斡|發(fā)SCK時鐘前，須等候此“數(shù)據(jù)準備”信號來。 DATA{intSHT11_D1(A)_SDA_R;for(i0x80;i0;i/{SHT11_S1(delay_if(SHT11SHT11_S0(delay_ //運用for語句循環(huán)8次來SHT11_DTA()一字節(jié)數(shù)據(jù)SDA_W //使CC2430單片機P1.5口處于輸出狀態(tài)if(a0SHT11_S1()delay_SHT11_S0()1return}

當(dāng)SCK1時，若DTA1val1，若DTA0val寫入0。把SCK為1，再由1變?yōu)?這個過程視為一個最小周期。每個最小周期只在一個字節(jié)變量val中寫入一位。一共循環(huán)八次，那么就將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入變量val中[51]。濕度測量中間值涉及三個函數(shù)staticintswrite(unsignedvalue)，staticunsignedsread(intack)，staticunsignedintconvet_sht(unsignedcmd)。溫溫濕 0 0開調(diào)用讀操作， 它賦值給變量{unsignedintcom;sreseswitch({caseEM:ackswrite(0x03);caseUM:ackdefaultrea SDA_R

//ack=0{brea}valueLsread(checksreadcomvalueM8)|valucomfai:lsresetreturn-}4.1SHT11命令命 代預(yù) 溫度測 濕度測 讀狀態(tài)寄存 寫狀態(tài)寄存 預(yù) 值。下一次命令前至少等待11ms

首先，將Cyril3AppCoordManage_ProcessEvent放入tasksconstTaskEventHandlerFntasksArr[]={nwk_eveloto_pHal_ProscEevsenAPS_eveloto_pppE然后voidosalInitTasks(void)函數(shù)給溫濕度事件一個任務(wù)voidosalInitTasks(void{uint8taskID_e;osal_memset(tasksEvents,0,(sizeof(uint16)* kInit(taskID);nwk_init(taskID);Hal_Init(taskID);APS_Init(taskID);ZDApp_Ini(ttaskID);}串口模塊軟件建4.2UOBAU(OxC2)—USART0波特率控制。表4.3U0CSR(0X86)USART0控制和狀態(tài)。表4.2UOBAU(OxC2)—USART0波特率位表4.3 位76543210{CLKCO&N~0x40P0CLKCO&N~0x47SLEE|P0x04P0SEL0x3cP2DIR~0XC0U0CS|R0x80U0GCR|10;U0BAUD|216;UTX0IF}

//TICHSPD128分頻，CLKSPD不分2協(xié)調(diào)器的無線模塊將從路由器接收到的信息在cmd.Data中，把cmd.Data賦值 {initUARsTt(t)send1*pkt-cmd.DU0DBUFsendwhile(UTX0IF0)UTX0IF0;}typedefstructhuint1g6roupIuint1clustebytendPoiaf 上位機軟件平臺的設(shè)VB是一款公司以其強大的實力打造的Windows開發(fā)平臺最快捷的軟件刃有余。從程序應(yīng)用的廣泛度來看，VB的應(yīng)用超過了很多程序開發(fā)語言。VisualBasic6.0之所以受到青睞，因為它為用戶提供了方便的設(shè)計、運行和調(diào)試為VB本中的上位機開發(fā)選用visualbasic語言為基礎(chǔ)的VisualBasic6.0開發(fā)環(huán)境。運用VisualBasic6.0提供的m串口控件將下位機傳感器回來的溫濕度經(jīng)處理然后，通過合理調(diào)用VisualBasic6.0提供的控件模塊數(shù)據(jù)并且進行數(shù)據(jù)、數(shù)是否4.94.91、VisualBasic6.0給用戶提供了m串口通訊控件，通過操作該控件的一些、設(shè)定m控件屬性值。m控件有很多重要的屬性。值得是，CommPor：設(shè)置并返回通訊端 mPort[value](value一整型值，說明端。語法:：object.Settings[=value]說明：一旦通訊口打開，如果屬性值，那么 m控件產(chǎn)生380(屬性值)錯誤號。該項屬性值得格式是：N是傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)，S是停止位的數(shù)值。value的默認值是："9600,N,8,1"過觸發(fā)控件的m事件，該屬性值就是在觸發(fā)事件之前允許緩沖區(qū)中存在的最小字符語法:objet.Thrhold[vlue]vlue在 m事件產(chǎn)生之前在傳輸緩沖區(qū)中的最小字符數(shù)。說明：很容易知道一旦該屬性值被設(shè)置為0(默認值)，那么串口控件就不會產(chǎn)生 m事件（數(shù)據(jù)傳輸事件）。另一方面，如果屬性值被設(shè)置為1，那么當(dāng)傳輸緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)時串口控件就會產(chǎn)生 m驅(qū)動事件。而如果該屬性值大于傳輸緩沖區(qū)中的字符數(shù)，并且ommEvnt屬性已經(jīng)設(shè)置為omESnd那么就會產(chǎn)生 m驅(qū)動事件，而comEvSen驅(qū)動事件只有當(dāng)且僅當(dāng)字符數(shù)與Sthrhold值交叉時才會產(chǎn)生。InputLen：設(shè)置并返回Input屬性從接收緩沖區(qū)的字符數(shù)說明Input屬性從接收緩沖區(qū)中的字符數(shù)。說明：該項屬性值的默認設(shè)置是0。而一旦該屬性值為0，那么Input將使串口控件所有接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù).再則，合理設(shè)置InBufferSize屬性值也非常重要?？丶邮站彌_區(qū)的大小就由InBufferSize屬性值確定，也就是能夠在接收緩存中的數(shù)據(jù)位數(shù)。如果該值設(shè)置過各種曲線的繪制常用Line函數(shù)實現(xiàn)，因為Line函數(shù)能實現(xiàn)任意兩點之間的畫線，而任意曲線都能由小線段實現(xiàn)，那么任意曲線幾乎都能由line函數(shù)畫出。語法格式如下：[對象名].Line[Step](X1,Y1)-[Step](X2,Y2)[,Color][,B[F]]Line函數(shù)畫線的基本原理是畫一個個小線段，如上語法格式所示，線段的起始坐標分別為X1,Y1)和X2,Y2，另外，可以省略起始坐標。一旦起始坐標被省略，line函數(shù)就會自動畫從當(dāng)前位置到(X2,Y2)點的小線段。當(dāng)前點坐標可以用CurrentX,CurrentY屬Color用于設(shè)置畫線的顏色。據(jù)庫開發(fā)方面的強大功能。但是，VBVB學(xué)習(xí)者最不容易掌握所在。本關(guān)于VB數(shù)據(jù)庫方面的應(yīng)用還只是皮毛，只是簡單的進行數(shù)據(jù)[49]4.10準確正常地工作。室溫下的溫濕度顯示。如圖4.11所示：4.11倉儲監(jiān)測系統(tǒng) m控件程序如下PrivateSubPtie0p

'設(shè)置端為'打開串行m1.InputMode= '從串行口二進制m1.RThreshold4m1.SThreshold1DimiAspicture1.Scale10,60)-(60 '繪圖區(qū)范picture1.Line10,0)-(60,0RGB(255,0, 'xpicture1.Line0,-10)-(0,60RGB(255,0, 'yFori0To picture1.CurrentX=5*(i-1)picture1.CurrentY=2picture1.Print5*(i-picture1.Line(5*(i-1),0)-(5*(i-1),2),RGB(255,0,picture1.Line(59,2)-(60,0),RGB(255,0,picture1.Line(59,-2)-(60,0),RGB(255,0,NextFori0To picture1.CurrentX=0.6picture1.CurrentY=5*(i-1)Ifi<>0Thenpicture1.Print(5*(i-1))picture1.Line(0,5*(i-1))-(0.6,5*(i-1)),RGB(255,0,picture1.Line(-0.6,59)-(0,60),RGB(255,0,picture1.Line(0.6,59)-(0,60),RGB(255,0,Next獲。OSAL系統(tǒng)中添加任務(wù)需特別注意兩個重要數(shù)組中的順序5圖是做出來的串口模塊實物。圖5.1為串口模塊實物圖。5.1解決，最終選擇MAX232來完成本設(shè)計。MAX3223的串口模塊調(diào)1、MAX232的特2、在普通萬用板上焊貼片式需注意事軟件可能出現(xiàn)的問題：第一、軟件總體流程；第二、4、在普通萬用板上焊貼片式的方法及步采用MAX232的串口模塊調(diào)5151單片機相對比較熟悉，在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題也方便解決。相對而言，CC2430單片機不常用，而且CC2430單片機遠比51單片機復(fù)雜，需要設(shè)置相51單片機多，不方便解決問題。當(dāng)然，如果有足夠的把握，完全可以直接用CC2430單片來驅(qū)動串口。MAX232后，就會出現(xiàn)前面提到的電源問題。在使用萬用板時，在各個模塊SHT11溫濕度一共有八個腳，但是其中只有四個腳可用，其余四個腳不連接。必須根據(jù)線路設(shè)計萬用板。排線較多，存在電容對造成干擾。1、ZigbeeOSAL是一多任務(wù)分配資源的工作模式。通過模式使osal構(gòu)建一個簡單多任務(wù)的OS。OSAL初始化系統(tǒng):軟件初始化、資源分配。由于Zigbee協(xié)議棧和OSAL系統(tǒng)都是有很多相似的術(shù)語和原語出現(xiàn)時，便不會出現(xiàn)他們的情況。比如說MAC層規(guī)定了兩種地址，一種是短地址，另一種是擴展地址，還有一個標識PAN標識。設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中才會分到的地址，長度為16比特；擴展地址的長度是64比特，又信，不同的PAN用不同的標識來定義，其長度為16比特。64比特，若PANPAN之間進行通信，也是因為擴展地址信息量過大，故另用一個參數(shù)來區(qū)分它們(PAN標識)。1405.1測量測量溫真實溫

5.4測量測量 5.5通過實驗驗證了本