基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計論文

煙臺南山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第32頁畢業(yè)設(shè)計論文基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著嵌入式計算、傳感器、無線通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、軍事國防和工農(nóng)業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，已成為電子信息技術(shù)發(fā)展的一個熱點。CC2430是TI公司針對ZigBee的無線傳感網(wǎng)芯片解決方案，具有功耗低，可靠性高，組網(wǎng)簡單等優(yōu)勢?；贑C2430和ZigBee協(xié)議，設(shè)計了溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別給出了協(xié)調(diào)器和普通節(jié)點的軟件算法，在干擾環(huán)境下測試表明，網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的魯棒性和自組能力。本文主要介紹基于STC12C5608AD單片機(jī)為核心的家庭環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件流程設(shè)計，實現(xiàn)了在家庭環(huán)境中對溫度、濕度、燈光及家用電能質(zhì)量的檢測，其中分別用相應(yīng)傳感器、電流互感器、電壓互感器。其中，將溫度、濕度、燈光傳感器的模擬量經(jīng)過單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換處理后輸出相應(yīng)的控制動作調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)；電能質(zhì)量的檢測，將互感器與電能質(zhì)量及單相雙向功率集成電路芯片CS5460A結(jié)合檢測電壓、電流、功率等檢測，經(jīng)單片機(jī)輸出相應(yīng)保護(hù)控制:瞬時過電流保護(hù)，過載保護(hù)、過電壓保護(hù)、失壓保護(hù)等。本設(shè)計使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將系統(tǒng)參數(shù)傳輸及控制，也可與上位機(jī)實時通訊和監(jiān)控。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，傳感器，ZigBee，環(huán)境監(jiān)測，繼電保護(hù)DesignofIndoorEnvironmentMonitoringSystemBasedonZigBeeTechnologyABSTRACTWiththerapiddevelopmentofembeddedcomputing,sensor,wirelesscommunicationtechnology,wirelesssensornetworkiswidelyusedinenvironmentalmonitoring,militarydefense,industrialandagriculturalcontrolfields,hasbecomeahotspotinthedevelopmentofelectronicinformationtechnology.CC2430isawirelesssensornetworkchipforZigBeeTIsolution,withlowpowerconsumption,highreliability,simplenetworkingadvantages.CC2430andbasedonZigBeeprotocol,designthetemperatureandhumiditydataacquisitionsystem,thesoftwarealgorithmcoordinatorandordinarynodesaregivenrespectively,testedininterferenceenvironment,thenetworkhasstrongrobustnessandself-organizingability.ThispapermainlyintroducesthedesignofhardwarecircuitandsoftwareflowdesignoffamilyenvironmentmonitoringsystembasedonSTC12C5608ADSCMasthecore,realizesinthehomeenvironmentoftemperature,humidity,lightingandhouseholdelectricalenergyqualitydetection,whichweretreatedwithcorrespondingsensors,currenttransformer,voltagetransformer.Amongthem,theanalogtemperature,humidity,lightsensorthroughtheSCMADconversionprocessingoutputcontrolactioncorrespondingadjustingthecorrespondingparameters;detectionofpowerquality,thetransformerandpowerqualityandsinglephasebidirectionalpowerintegratedcircuitchipCS5460Acombineddetectionofvoltage,current,powerdetection,SCMoutputscorrespondingprotectioncontrol:instantaneousovercurrentprotection,overloadprotection,over-voltageprotection,under-voltageprotectionetc..ThisdesignusesZigBeewirelessnetworkprotocol,thesystemparametersoftransmissionandcontrol,isalsoavailablewithaPCreal-timecommunicationandmonitoring.Keywords:Microcontroller,Sensor,ZigBee,EnvironmentalMonitoring,目錄第1章緒論 11.1本文研究背景與意義 11.2智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的特點 11.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析 21.4典型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹 31.4.1ZigBee技術(shù) 31.4.2Wi-Fi技術(shù) 31.4.3藍(lán)牙技術(shù) 31.5本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新 41.5.1本文主要研究內(nèi)容 41.5.2本文主要研究創(chuàng)新點 4第2章ZigBee技術(shù)綜述 52.1ZigBee技術(shù)介紹 52.2ZigBee協(xié)議分析 7第3章家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案 83.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 83.2系統(tǒng)功能定義 83.3系統(tǒng)設(shè)計要求 10第4章家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計 114.1系統(tǒng)電源電路 114.2STC12C5608AD單片機(jī) 124.3家居環(huán)境參數(shù)采集模塊 134.3.1數(shù)字溫濕度傳感器DHT11 134.3.2煙霧傳感器MQ-2 144.3.3光照強(qiáng)度傳感器 144.3.4電壓電流檢測及保護(hù) 154.4RS485通訊模塊 164.5LCD液晶顯示模塊 17第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計 185.1ZigBee無線通訊協(xié)議 185.2溫濕度傳感器程序 185.3煙霧傳感器程序 195.4電壓電流檢測及程序 20第6章系統(tǒng)性能測試與評述 216.1硬件測試 216.2軟件測試 21總結(jié) 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄 25附件A系統(tǒng)原理圖 25附件B系統(tǒng)程序 26第1章緒論1.1本文研究背景與意義千百年來，人類都在關(guān)注著自身的生活和居住條件，并努力改善和提高之。隨著工業(yè)革命和信息技術(shù)革命的成功，進(jìn)入21世紀(jì)后，人類的各種技術(shù)包括通信技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、互聯(lián)網(wǎng)等都有了很大的發(fā)展，另外，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使我們都希望居住在一個舒適的家居環(huán)境中，只有這樣我們的生活才會更好，身體才會健康。由于人們又了這種想法，由此智能家居系統(tǒng)也就越來越多的被人們所重視了。研究人員希望能通過這種新的技術(shù)將家居中各種智能化的設(shè)備、家用電器和家庭安防設(shè)備等整合一個智能化的系統(tǒng)上進(jìn)行資源共享、分析、控制和管理這些設(shè)備，控制這些設(shè)備來對家居中的環(huán)境參數(shù)符合人們舒適居住使用的要求，營造一個良好的環(huán)境，從而可使用戶能夠居住在一個更高要求的環(huán)境中。本文研究設(shè)計了一種智能家居環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，實現(xiàn)對家庭環(huán)境的實時監(jiān)測，實時為用戶提供可靠并且全面的環(huán)境信息。智能家居系統(tǒng)中一個非常重要的部分就是本文所研究的環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，人們可以獲得實時的居住環(huán)境信息，如溫度和濕度、各種有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、火災(zāi)信息等。同時，此系統(tǒng)中傳感器所得到的環(huán)境參數(shù)可以為其它家居設(shè)備做決策參考，最終由智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)對家庭環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，比如，當(dāng)測量到的光照強(qiáng)度高于用戶設(shè)定的一定值的時候，系統(tǒng)就將啟動自動窗簾系統(tǒng)的馬達(dá)，自動將窗簾關(guān)到一定程度，以降低室內(nèi)的光強(qiáng)度，適合居?。挥秩?，當(dāng)溫度值偏低時，系統(tǒng)就將啟動空調(diào)設(shè)備進(jìn)行工作，來增高室內(nèi)溫度。因此，智能家居系統(tǒng)為用戶提供了安全、舒適、便捷生活的環(huán)境，從而使環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)成為了智能家居系統(tǒng)的一個非常重要關(guān)鍵部分與基本環(huán)節(jié)，能否擁有一個好的智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能否設(shè)計出好環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)，這對改善人們生活環(huán)境的舒適度有非常重要的意義。1.2智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的特點無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。為了實現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點：(1)多對象監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要檢測多種環(huán)境信息，如：溫濕度、有害氣體濃度、光照強(qiáng)度等。這樣才能為用戶提供全面的環(huán)境信息參考。(2)多點監(jiān)測，需要對同一環(huán)境參數(shù)在不同地點和不同時間分別進(jìn)行測量，這是因為環(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時間和空間上分布不具有均勻性，由此實現(xiàn)監(jiān)測的全面性和高精度性，甚至有時需要對同一環(huán)境參數(shù)在多點進(jìn)行測量。(3)系統(tǒng)靈活，當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測量時，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求靈活，方便增加節(jié)點，以降低成本[1]。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和我們生活質(zhì)量的提高，智能家居的智能化要求也是愈來愈高，智能家居亦成了近幾年來學(xué)者們的一個研究熱點。現(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品大部分是以有線網(wǎng)絡(luò)作為家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)布線麻煩，終端節(jié)點數(shù)量多而需要數(shù)量龐大的電纜，而無線通訊技術(shù)能很好的解決以上問題。國際上的家庭智能化系統(tǒng)已經(jīng)形成集中以有線為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，包括有：美國的X—10CEBus、歐洲的EIB、日本的HBS等。目前，國內(nèi)的這些智能家居系統(tǒng)還處于萌芽的階段。近些年來，在各個大公司和媒體的大力宣傳下，我國的家居環(huán)境監(jiān)測行業(yè)開始起步，已經(jīng)有一些前瞻性很強(qiáng)的公司在從事此類系統(tǒng)的開發(fā)。另外，國內(nèi)亦有些電器廠家也在市場上推出了自主的智能家居系統(tǒng)，類似的系統(tǒng)在家居環(huán)境的監(jiān)測中均可以實現(xiàn)各種功能。雖然現(xiàn)在的各種有線技術(shù)亦能夠?qū)Νh(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測與處理，讓各種監(jiān)測設(shè)備之間進(jìn)行連接通信。但當(dāng)采用有線技術(shù)方案時，根據(jù)智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的特點，它存在一些缺點，如下面幾項所示。(1)系統(tǒng)布線麻煩。采用有線技術(shù)時，對各個監(jiān)測點分別進(jìn)行布線將是一份復(fù)雜龐大的工作，特別是當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測對象的數(shù)量較多時更是如此，又容易破壞家庭之前裝修的完整性；(2)安裝與維護(hù)成本高。在安裝系統(tǒng)時，需要安裝大量的線纜，家居裝修建材等，特別是當(dāng)用戶要需要增加節(jié)點以增加系統(tǒng)功能時，更是要重新對其進(jìn)行布線。(3)系統(tǒng)可擴(kuò)展性差。增加或減少新的監(jiān)測對象必將要求系統(tǒng)具有良好的軟件與硬件擴(kuò)展性。硬件可擴(kuò)展性是有線技術(shù)方案的主要技術(shù)難點之一[2]。(4)移動性較差。由于有線的束縛和影響，其美觀性較無線系統(tǒng)差，不利于家居的后續(xù)裝修。1.4典型無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹1.4.1ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間[3]。ZigBee的名字主要來源于蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似。ZigBee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟ZigBee技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為ZigBee的新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。而在2006年作為中國通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。1.4.2Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi，是由一個名為“無線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（WirelessEthernetCompatibilityAlliance,WECA）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語，中文翻譯為“無線相容認(rèn)證”。Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度達(dá)54Mbps（802.11n工作在2.4Ghz或者5.0Ghz，理論最高速度600Mbps)。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，其速度在目前看來較慢，現(xiàn)逐漸退出市場主流。熱點是通過將訪問節(jié)點安裝在互聯(lián)網(wǎng)連接上來創(chuàng)建的。這個訪問節(jié)點通過無線信號將信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上，一般覆蓋到200米以內(nèi)。雖然Wi-Fi有覆蓋范圍較廣等特點，但是其的基帶協(xié)議和射頻協(xié)議比較復(fù)雜，實現(xiàn)成本較高，而且其功耗比較大，根本上滿足不了電池供電的要求。1.4.3藍(lán)牙技術(shù)愛立信公司制定了初始的藍(lán)牙技術(shù)，此技術(shù)一開始是愛立信公司在1994年的一個研究移動電話和其他配件期間進(jìn)行的低功耗、低成本的無線通信連接方法的方案。1999年正式公布藍(lán)牙1.0版，確定了使用頻段，最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)，和紅外技術(shù)相比，藍(lán)牙有著較高的傳輸速率，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行口對口的連接才能傳輸數(shù)據(jù)，所有的藍(lán)牙終端基本上只要在有效的范圍內(nèi)使用，就隨時可以進(jìn)行連接收發(fā)數(shù)據(jù)。1.5本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新1.5.1本文主要研究內(nèi)容隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活水準(zhǔn)越來提高，日常家居的環(huán)境更受到了人們的關(guān)注。近年來隨著家庭裝修時工業(yè)板材及其他有毒氣體釋放源的使用，室內(nèi)的環(huán)境不容樂觀。這就要求有各種有害氣體監(jiān)測功能的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)介入，為我們營造一個安全健康的家居環(huán)境。(1)ZigBee協(xié)議的介紹。主要介紹了ZigBee協(xié)議中各個部分的組成和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對各層中的重點內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析；(2)本文以無線傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以ZigBee技術(shù)紐帶，詳細(xì)設(shè)計出的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的兩種節(jié)點--協(xié)調(diào)器節(jié)點（控制中心）和傳感器節(jié)點。在協(xié)調(diào)器節(jié)點中，本文實現(xiàn)了電源、串口通信、PCB天線等主要電路的設(shè)計；而在傳感器節(jié)點中，由于其與協(xié)調(diào)器類似，故僅針對不同的環(huán)境信息，設(shè)計出了不同的傳感模塊；(3)本論文還設(shè)計了串口調(diào)試操作界面，可以方便用戶的調(diào)試和使用，由此用戶就可以實時的了解到家庭中個中環(huán)境信息的參數(shù)。1.5.2本文主要研究創(chuàng)新點本文利用ZigBee技術(shù)，以實現(xiàn)無線系統(tǒng)的組網(wǎng)，可以為家居環(huán)境提供多地點、多對象的監(jiān)測，由于ZigBee技術(shù)的自組網(wǎng)性，在增加或減少監(jiān)測終端時系統(tǒng)靈活性較大。同時此系統(tǒng)還省去了繁瑣的有線系統(tǒng)布線對家居美觀性的損害。終端通過顯示器及數(shù)據(jù)上傳到智能家居系統(tǒng)可以實時顯示并控制空氣凈化器等為家居環(huán)境，實現(xiàn)健康家居。

第2章ZigBee技術(shù)綜述ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的一種名叫ZigBee的舞蹈，由于通過持續(xù)不斷地跳這種舞蹈來實現(xiàn)對新發(fā)現(xiàn)的食物或其他信息的傳遞，換句話說蜜蜂是依靠這樣的通信方式來實現(xiàn)了一個通信網(wǎng)絡(luò)，而每個個體則是網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點。這樣做的好處是不需要專門的通信蜜蜂，通過信息接力就完成了整個通信，從而實現(xiàn)了蜜蜂的低成本、低數(shù)據(jù)速率、自組織、低功耗、近距離、低復(fù)雜度等的信息傳遞方式。受蜜蜂的這種特殊的通信方式的啟發(fā)，ZigBee技術(shù)的研究也主要是在低速率、低功耗通信領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，亦可以低成本地嵌入各種設(shè)備中組成龐大的網(wǎng)絡(luò)?？偠灾甖igBee技術(shù)就是一種低功耗，低成本的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。2.1ZigBee技術(shù)介紹ZigBee技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間。ZigBee的名字主要來源于蜜蜂通過跳ZigZag形狀的舞蹈來傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似。ZigBee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟ZigBee技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為“ZigBee”的新一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在2006年作為中國通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約27家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee協(xié)議物理層和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工作組。ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)層及以上的協(xié)議。ZigBee協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個人區(qū)域網(wǎng)或802.11x無線局域網(wǎng)等技術(shù)更簡單而實用。ZigBee使用的是波段，采用了跳頻技術(shù)，這和藍(lán)牙技術(shù)相似，可以說是同族兄弟了。但相比之下，ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙更簡單、速率更慢、功率及費用也更低。ZigBee的基本速率是，傳輸半徑可擴(kuò)大到400ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用的是無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點間通信以一跳或多跳的形式自動建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點則以ZigBee協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行通信，與各種傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點有以下幾個方面。(1)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。其設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)自己組織性能使網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點在無需人工干預(yù)的情況下自己組網(wǎng)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，當(dāng)添加或去除網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點時，其余節(jié)點可以自行尋找其他節(jié)點替代中轉(zhuǎn)信息，具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈能力；(2)成本低。由于ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實力都很強(qiáng)，好多公司均已在2003年正式推出自己的ZigBee芯片，競爭較大，近年來應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本將會比藍(lán)牙等模塊更具價格上的優(yōu)勢。(3)功耗低。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通AAA干電池即可使用6個月至2年的時間，這也是ZigBee的最大的一個優(yōu)勢；(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個ZigBee設(shè)備可以與另外254臺節(jié)點設(shè)備相連接，而加入路由節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá)65000多個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)；(5)數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s—250kb/s，符合本設(shè)計需求；(6)工作頻段靈活。使用的頻段中2.4GHz全世界通用，歐洲使用868MHz，美國則使用915MHz頻段，但這些均是免申請頻段，可以直接使用；(7)網(wǎng)絡(luò)延遲時間短。活動設(shè)備信道接入延時和休眠激活延時均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時時間達(dá)到30ms；根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee路由器，ZigBee終端設(shè)備。他們的功能分別如下。（1）ZigBee協(xié)調(diào)器：它是個全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是3種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點是計算能力強(qiáng)、存儲量大。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立并且管理一個網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲節(jié)點信息并且不斷地接收下級節(jié)點所發(fā)來的信息。（2）ZigBee路由器：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級節(jié)點使用，方便每個節(jié)點接入或離開網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能。（3）ZigBee終端設(shè)備：其一般的簡化的功能設(shè)備。只能自己的與上一級如協(xié)調(diào)器或路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。在ZigBee協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：星型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和簇樹型結(jié)構(gòu)，圖2.1所示。圖2.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，在ZigBee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運作與維護(hù)著整個網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過一級級向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。2.2ZigBee協(xié)議分析ZigBee聯(lián)盟在IEEE802.15.4協(xié)議基礎(chǔ)之上，規(guī)定了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。下面就網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層作簡要介紹。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是確保正常工作，同時定義了一些必須的函數(shù)，并且為應(yīng)用層提供適合的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個必須的功能服務(wù)實體來向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，它們分別是管理服務(wù)實體和數(shù)據(jù)服務(wù)實體。應(yīng)用層主要由用戶根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行自我開發(fā)，用以維持節(jié)點的各種功能，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點工作空間范圍內(nèi)其他節(jié)點的工作，再根據(jù)服務(wù)的需求為各個不同的節(jié)點提供通信服務(wù)。ZigBee應(yīng)用層有三個不同的部分分別是：應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象。

第3章家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案本文的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過對傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)等技術(shù)的綜合運用，得以實現(xiàn)對家庭環(huán)境的實時監(jiān)測，從而間接地為用戶創(chuàng)造一個健康的，適宜居的，舒適的家居環(huán)境。3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本論文是基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，故根據(jù)ZigBee技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和特點設(shè)計了由多傳感器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點和PC組成的該系統(tǒng)。其中，傳感器節(jié)點通過無線技術(shù)與協(xié)調(diào)器進(jìn)行信息的交換；協(xié)調(diào)器則通過串口進(jìn)行相連通信。本文設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)中傳感器節(jié)點主要負(fù)責(zé)的是環(huán)境信息的采集與發(fā)送，協(xié)調(diào)器節(jié)點主要負(fù)責(zé)的是網(wǎng)絡(luò)的建立、終端節(jié)點管理、數(shù)據(jù)處理和對PC端的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)然在實踐過程中可以根據(jù)家庭居住環(huán)境的大小和所需監(jiān)測的內(nèi)容，來增加或減少傳感器節(jié)點，而只需做小許改動即可[4]。當(dāng)監(jiān)測區(qū)域較大時，可用增加傳感器節(jié)點的方法來保證網(wǎng)絡(luò)的連通性，相反區(qū)域較小時可以根據(jù)情況減少路由器節(jié)點的設(shè)置以節(jié)省系統(tǒng)資源，降低成本。在本設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，本人只象征性的做了一個傳感器節(jié)點進(jìn)行試驗演示。3.2系統(tǒng)功能定義本文設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要檢測家庭環(huán)境中以下一些環(huán)境參數(shù)以實現(xiàn)對環(huán)境信息的全面監(jiān)測，從而為用戶的準(zhǔn)確決策提供參考。下面對各種參數(shù)進(jìn)行如下介紹。（1）溫度濕度人體對溫度的變化甚為敏感，在環(huán)境溫度高于35攝氏度后，每增加一度對人體的負(fù)面影響都是幾何級的增加，故此系統(tǒng)中最重要亦是最基本的就是環(huán)境中溫度的采集。溫度傳感器可以在用戶設(shè)定的頻率下采集區(qū)域的溫度信息，并將其發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行處理，再由協(xié)調(diào)器將處理結(jié)果數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC，此時，PC可按之前用戶設(shè)置好的參數(shù)和程序?qū)照{(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對室內(nèi)溫度的控制，當(dāng)然這些是后續(xù)控制，不在本文討論范圍內(nèi)。家庭中的每個房間可以多放幾個這樣的類似節(jié)點，可實現(xiàn)在同一個房間進(jìn)行多點的溫度信息采集，以提高溫度測量的準(zhǔn)確度。（2）濕度人類對濕度雖然不是特別敏感，但其時時刻刻亦影響著人們的健康，尤其是老年與兒童。目前人們經(jīng)常是通過普通的加濕器來調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，此類加濕器一般只是手動操作，這樣就存在著人為的主觀不確定性，最終也有可能不利于環(huán)境之改善。而在本系統(tǒng)中，通過濕度傳感器對濕度信息的采集，再經(jīng)由PC的處理后，對加濕器進(jìn)行控制，即可達(dá)到科學(xué)明了地控制室內(nèi)的濕度。（3）煙霧燃?xì)獾闹饕斐蔁熿F源，當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生泄漏時，就會對家庭人員生命帶來威脅。故對一氧化碳?xì)怏w濃度監(jiān)測也是必不可少的一部分。當(dāng)系統(tǒng)檢測到煙霧濃度大于用戶設(shè)定是初值時，PC會立即發(fā)送報警信號到報警裝置或者是家庭成員的手機(jī)或直接報警，PC在啟動報警裝置的同時，或可以自動控制開窗，以達(dá)到室內(nèi)空氣流通的效果，保證家庭成員的安全。（4）燈光燈光亮度的監(jiān)測可以利用分布在各個房間里的光敏傳感器來實現(xiàn)。光敏傳感器可以將感知的光線強(qiáng)度信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器則將信息傳輸?shù)絇C，經(jīng)過處理和判斷光線強(qiáng)度控制窗簾的開關(guān)或燈的開關(guān)。當(dāng)光線過強(qiáng)時，可以控制窗簾自動合起，反之則可以控制其打開或電燈打開。（5）電能質(zhì)量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。所以居民住房的電能質(zhì)量檢測有很大必要，本文使用電壓電流互感器通過CS5460A芯片處理數(shù)據(jù)，由單片機(jī)能出，交流電的電壓、電流、功率、頻率等。3.3系統(tǒng)設(shè)計要求本系統(tǒng)是在家庭環(huán)境中實現(xiàn)各種功能，根據(jù)此特點，可以總結(jié)出以下幾種要求。分別從軟硬件兩個方面來得以實現(xiàn)。（1）低功耗：由于是無線傳感網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點很多，故只能由電池供電，故要求低功耗以延長使用，減少電池更換次數(shù)。（2）安全性：本系統(tǒng)為家居環(huán)境控制系統(tǒng)做前期的數(shù)據(jù)采集，若出現(xiàn)錯誤，則可導(dǎo)致PC判斷錯誤，導(dǎo)致錯誤控制。如：未發(fā)生一氧化碳泄露即報警等。故要求系統(tǒng)的安全性（3）外觀：由于要安裝在家庭各個地點，故要求其盡量小巧，美觀。（4）可擴(kuò)展：能根據(jù)用戶的不同需求，隨時增加或減少節(jié)點設(shè)置[5]。軟件方面要求程序模塊化設(shè)計，可以使系統(tǒng)升級方便以備增加節(jié)點時修改其中一個模塊而其他地方無需改動；程序設(shè)計要簡單，數(shù)據(jù)傳輸格式要統(tǒng)一。

第4章家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計在ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的終端和路由器雙重功能，在采集、接收、處理及發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)的同時，還要對其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理和融合等處理，并與其他節(jié)點協(xié)作完成一些特定任務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)的需要，傳感器節(jié)點應(yīng)具備以下功能。(1)傳感器信號的采集和處理；(2)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)；(3)液晶顯示和鍵盤輸入；(4)RS485通訊功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點通常由傳感器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊構(gòu)成[4]。微處理器和無線通信模塊采用支持ZigBee協(xié)議，大大簡化了射頻電路的設(shè)計。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器DHT11、MQ-2型氣體傳感器、光照強(qiáng)度傳感器用光敏電阻和電能質(zhì)量檢測用電壓電流互感器和CS5460A芯片，電源采用交流220V變壓整流直流5V供電。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示。圖4.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4.1系統(tǒng)電源電路電源管理是對電源電壓調(diào)節(jié)和分配，為其他各模塊提供可靠和正常工作的電壓。電源模塊相當(dāng)于房屋的基石，所以高性能的電源管理模塊對于整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行實至關(guān)重要的。電源模塊為控制單元、傳感器、控制輸出（電機(jī)、繼電器）等模塊提供可靠且不同的工作壓。在設(shè)計過程中，不僅要考慮電壓和電流大小等基本參數(shù)而且要考慮電源使用效率、降低噪聲、復(fù)雜程度和干擾等方面優(yōu)化[6]。如下圖4.25V電源電路，家電交流220V經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓[7]。圖4.25V電源電路4.2STC12C5608AD單片機(jī)本系統(tǒng)采用STC12C5620AD系列單片機(jī)，它是STC生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)[8]，是高速低功耗超抗干擾的8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。4路PWM，8路高速10位A/D高精度轉(zhuǎn)換。共6個16位定時器，其中兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器T2，PCA模塊可再實現(xiàn)4個16位定時器。SPI同步通信口，主模式/從模式同步通信口[9]。單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計包括的外圍模塊有：復(fù)位電路，振蕩電路[10]。最小系統(tǒng)電路圖如4.3下圖所示。圖4.3單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路4.3家居環(huán)境參數(shù)采集模塊4.3.1數(shù)字溫濕度傳感器DHT11DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接[11]。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。連接方便，數(shù)字溫濕度傳感器電路圖4.4如下所示圖4.4數(shù)字溫濕度傳感器電路圖4.3.2煙霧傳感器MQ-2本次設(shè)計的煙霧傳感器用MQ-2。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號[11]。該傳感器需要施加二個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個電源電路VCC。為更好利用傳感器的性能，需要調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rp恰當(dāng)?shù)腞L值。其煙霧傳感器電路如圖4.5所示。當(dāng)檢測到煙霧控制器輸出報警，蜂鳴器報警電路如圖4.6所示。圖4.5煙霧傳感器電路圖4.6蜂鳴器報警電路4.3.3光照強(qiáng)度傳感器本光照電路是應(yīng)用光敏電阻的特性而設(shè)計形成的，根據(jù)光敏電阻的工作原理，當(dāng)有光照是光敏電阻的阻值會隨著光的強(qiáng)度增加而減小。把光敏電阻采樣得到的電壓值經(jīng)過LM358進(jìn)行電壓放大，然后進(jìn)行濾波后送到單片機(jī)進(jìn)行處理。光敏電阻的伏安特性在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電和額定電流的限制，超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞[12]。當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光照電壓也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同。光照傳感器電路如圖4.7所示。圖4.7光敏電阻傳感器電路4.3.4電壓電流檢測及保護(hù)供電系統(tǒng)的不斷發(fā)展和安全穩(wěn)定運行給國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展帶來巨大的動力和效益。供電系統(tǒng)一旦發(fā)生自然或人為的故障，不能及時得到控制，將會使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，造成主設(shè)備損壞、電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電，給系統(tǒng)及社會帶來嚴(yán)重的后果。因此，如何保證供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行就成為了一個永恒的主題。使用微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)來輸出相應(yīng)保護(hù)控制，即微機(jī)保護(hù)。本系統(tǒng)的電流電壓檢測同樣使用電壓電流互感器，不同的是，經(jīng)互感器后由單相雙向功率集成電路芯片CS5460A處理數(shù)據(jù)，而后又單片機(jī)讀取數(shù)值，CS5460A還可以由軟件讀取交流電的頻率和電壓電流的相位差等。電壓電流檢測電路如下圖4.8所示。圖4.8電壓電流檢測電路由單片機(jī)檢測的電壓電流參數(shù)與該供電系統(tǒng)的參數(shù)整定后，可以輸出瞬時過電流保護(hù)，過載保護(hù)、過電壓保護(hù)、失壓保護(hù)等控制，這些控制功能由光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號警報、外部觸點輸入、人機(jī)對話及通訊等功能。由電壓電流的相位差可以計算出功率因數(shù)，進(jìn)一步做功率因數(shù)校正控制，若功率因數(shù)較低可以控制接通并聯(lián)電容器組。4.4RS485通訊模塊控制器通過RS485與上位機(jī)通信。串口芯片選擇ISL81487，ISL81487配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3.0V至5.5V供壓下，表現(xiàn)出真正的RS485協(xié)議器件性能，這些器件電路簡單，通訊準(zhǔn)確穩(wěn)定。電路如圖4.9下所示。圖4.9RS485通訊電路4.5LCD液晶顯示模塊帶中文字庫的128x64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,可以顯示8×4行16x16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。液晶屏的各引腳說明如下表4.1所示。液晶顯示接線如下圖4.10所示。表4.1液晶屏的各引腳說明表管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1GND0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0對比度（亮度）調(diào)整4D/IH/LD/I=“H”,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”,表示DB7——DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫6EH/L使能信號714D0D7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空腳17RETH/L復(fù)位端，低電平有效18NC-LCD驅(qū)動電壓輸出端19LED1VDD背光源正端（+5V）20LED2VSS背光源負(fù)端圖4.10液晶顯示接線圖

第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1ZigBee無線通訊協(xié)議終端節(jié)點的軟件主要實現(xiàn)以下功能：(1)數(shù)據(jù)采集功能：采集各個傳感器的輸出信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析存儲。(2)數(shù)據(jù)顯示功能：能夠在LCD上將采集處理后的傳感器數(shù)據(jù)實時顯示。每個不同類型的傳感器構(gòu)成一個單獨的節(jié)點，液晶顯示當(dāng)前環(huán)境下溫度(℃)、濕度(％RH)和煙霧強(qiáng)弱。(3)數(shù)據(jù)傳輸功能：采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議通過上位機(jī)修改系統(tǒng)參數(shù)。(4)與無線模塊通訊：單片機(jī)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以特定的波特率通過串口送到無線模塊發(fā)送[12]。ZigBee無線通訊協(xié)議程序流程圖如圖5.1所示。圖5.1ZigBee無線通訊協(xié)議程序流程5.2溫濕度傳感器程序溫濕度傳感器的詳細(xì)測量方法已在4.3.1uintADC0(){uinti,test,adval;

adval=0;test=0;

ADCCS=0;_nop_();

ADCCLK=1;_nop_();DI=1;

ADCCLK=0;_nop_();

ADCCLK=1;_nop_();

if(CH==0){DI=1;

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ADCCLK=1；_nop_();DI=0;ADCCLK=0;_nop_();

ADCCLK=1;_nop_();}}5.3煙霧傳感器程序本論文中，對于煙霧傳感器主要解決的問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，線性化處理，濃度強(qiáng)弱顯示。因為MQ-2型煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器不能立即正常采集煙霧信息，需要一段時間預(yù)熱。程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。其主程序流程圖為5.2所示。圖5.2煙霧傳感器流程圖5.4電壓電流檢測及程序單相雙向功率集成電路芯片CS5460A處理數(shù)據(jù)的程序要以下步驟。復(fù)位CS5460A，對CS5460A的復(fù)位腳發(fā)復(fù)位脈沖，脈寬不少于10MS。寫同步控制命令字；從外部存儲器讀原來保存的校準(zhǔn)值，并將讀出的值寫入相應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器；寫控制寄存器，設(shè)置各寄存器參數(shù)；清狀態(tài)寄存器；讀取交流電壓電流頻率等參數(shù)寄存器。使用C語言書寫程序如下附件2。

第6章系統(tǒng)性能測試與評述6.1硬件測試電路板焊接完畢后，找出硬件整體上的錯誤，如接口松動、接觸不良，電源不穩(wěn)定等。(1)穩(wěn)定性測試：長時間運行系統(tǒng)檢查電源電壓，液晶顯示，傳感器，無線模塊等。經(jīng)測試系統(tǒng)各電源運行正常，電壓均在正常值范圍之內(nèi)；液晶顯示正常清晰無閃屏；傳感器工作正常，采樣的數(shù)據(jù)正確；無線模塊無死機(jī)現(xiàn)象。(2)硬件安全性：檢查各類接口，保證電路不出現(xiàn)短路等問題。長時間運行程序并檢查芯片工作情況與工作狀態(tài)(溫度、電壓等)。經(jīng)測試系統(tǒng)各接口運行正常[13]。6.2軟件測試（1）傳感器采樣程序測試，以1s或2s間隔頻率采集各個傳感器，連續(xù)采集24小時以上，觀察LCD顯示是否有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)。測試結(jié)果：采樣正常，數(shù)據(jù)可靠。（2）單片機(jī)與無線模塊通訊測試：單片機(jī)每采樣到一次傳感器信號，處理后及時將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線模塊，通過觀察電路板上的通訊指示燈觀察無線模塊是否接收到數(shù)據(jù)。測試結(jié)果：無線模塊接收正常。（3）人界操作界面程序測試：多次重復(fù)操作按鍵菜單，設(shè)置各個系統(tǒng)參數(shù)，查看程序是否跑死，分析是否有bug。測試結(jié)果：程序運行無錯誤，無死機(jī)現(xiàn)象。（4）上位機(jī)通訊程序測試：以1s間隔頻率發(fā)送命令(24小時以上)，查看系統(tǒng)是否能及時返回數(shù)據(jù)，返回數(shù)據(jù)是否正確。設(shè)置各個波特率，查看通訊是否正常。測試結(jié)果：通訊正常。

總結(jié)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是ZigBee協(xié)議與傳感技術(shù)的結(jié)合，是應(yīng)用性非常強(qiáng)的技術(shù)，它具有耗資小、安裝方便、維護(hù)和更新費用低等優(yōu)勢，非常適合于對布線困難、人員不能到達(dá)的區(qū)域和一些臨時場合的狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，如大型建筑的健康狀態(tài)監(jiān)控、空間探索、災(zāi)害預(yù)測等，它在當(dāng)前我國環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用潛力的。目前市場上的近距離無線通信技術(shù)有很多種，如無線局域網(wǎng)WiFi、藍(lán)牙、IrDA、UWB、RF等。經(jīng)過市場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)ZigBee無線通信技術(shù)在在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中占有廣泛的市場，具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、兼容性強(qiáng)、安全性高、成本低等特點。本設(shè)計采用了ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的搭建。經(jīng)過反復(fù)的測試，我們研制的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信平臺已經(jīng)可以穩(wěn)定的運行，并且有較好的可靠性和擴(kuò)展性。本次設(shè)計主要涉及到硬件設(shè)計和ZigBee協(xié)議編程兩方面的內(nèi)容。通過該設(shè)計，使得自己在學(xué)業(yè)上受益匪淺，它不僅要求我靈活應(yīng)用以前所學(xué)的知識，也要求自己在工作中不斷學(xué)習(xí)和接受新知識，極大的鍛煉了自己獨立研發(fā)的能力，為今后的工作開創(chuàng)了新的前景。

致謝值此論文完成之際，我謹(jǐn)向悉心指導(dǎo)我的楊國慶老師致以深深的謝意。在整個設(shè)計過程中，煙臺南山學(xué)院給我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)、研究設(shè)計環(huán)境。楊國慶老師豐富的閱歷和豁達(dá)的處世觀，給我留下了深刻的印象。在我學(xué)習(xí)和完成設(shè)計的各個階段，楊老師精心的點撥與指導(dǎo)、富有創(chuàng)造性的研究思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)、淵博的知識以及高尚的人格都給了我很大的啟發(fā)與幫助。特別是在我進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和畢業(yè)論文寫作期間，遇到了很多的問題和麻煩，是楊老師孜孜不倦的指導(dǎo)我，既要求我獨立思考，提出自己的見解，又不是的給我指引正確的研究方向。這樣，一方面既鍛煉了我獨立思考的能力，另一方面有利于形成我自己的思想而又不偏離正確的方向，將使我終身受益。衷心的感謝我的學(xué)校和學(xué)院，給我提供了良好的學(xué)習(xí)和設(shè)計環(huán)境。一并感謝徐州百瑞自動化科技有限公司，在畢業(yè)實習(xí)時給我提供了良好的實習(xí)環(huán)境，為畢業(yè)設(shè)計做了一定的準(zhǔn)備。再一次感謝一直孜孜不倦教我做人、做事、做學(xué)問的各位老師，尤其要感謝這次設(shè)計給我提供巨大幫助的楊老師，他是一個對學(xué)生嚴(yán)格要求又不失和藹可親的老師，沒有他的悉心指導(dǎo)與熱心幫助，我就不會有這么大的進(jìn)步與提高。最后，對在我讀書期間所有關(guān)心、支持我的親人、老師、同學(xué)、朋友致以衷心的感謝和深深的祝福。

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