無線傳感網(wǎng)組建技術(shù)教學(xué)PPT任務(wù)7用Basic RF遠(yuǎn)程采集氣體傳感數(shù)據(jù)

i

c

R

F

遠(yuǎn)任務(wù)7

用B

a

s集氣體傳感數(shù)據(jù)任務(wù)要求用2個ZigBee模塊組建一個BasicRF傳感網(wǎng)，模塊A作匯集節(jié)點，模塊B作傳感節(jié)點。傳感節(jié)點上裝有氣體傳感器，用來采集環(huán)境中煙霧濃度，每隔1s傳感節(jié)點就將環(huán)境中煙霧濃度數(shù)據(jù)發(fā)送至匯集節(jié)點，數(shù)據(jù)發(fā)送的通信協(xié)議如表2-26所示，協(xié)議中各字段的含義如表2-27所示。網(wǎng)絡(luò)調(diào)試時需要觀察節(jié)點的數(shù)據(jù)狀態(tài)，傳感節(jié)點還要用串口輸出煙霧濃度數(shù)據(jù)。當(dāng)匯集節(jié)點收到傳感節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)后就對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并用串口將煙霧濃度數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機(jī)顯示。其中，節(jié)點與計算機(jī)進(jìn)行串行通信的波特率為BR=115200bps，傳感網(wǎng)的PAN

ID為0x1989，信道號為12，匯集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址為0x2021，傳感節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址為0x0726。表2-26數(shù)據(jù)通信協(xié)議HeadTypeLenDataCountChk0xfc0xfd0x020x02--表2-27數(shù)據(jù)字段的含義字段長度含義Head2字節(jié)數(shù)據(jù)頭，表示數(shù)據(jù)傳輸開始。固定為0xfcfdType1字節(jié)傳感器的類型。0x01：聲音，0x02：氣體，0x03：光照度，…Len1字節(jié)傳感數(shù)據(jù)的長度。0x02表示Data字段中只有前2字節(jié)數(shù)據(jù)有效Data4字節(jié)傳感數(shù)據(jù)。對于氣體傳感器而言，前2字節(jié)為電壓的ASCII碼，單位為伏，后2字節(jié)無效，如32

33

xxxx表示2.3VCount1字節(jié)傳感數(shù)據(jù)發(fā)送的次數(shù)。初值為0，每發(fā)送一次自動加1，溢出后歸0，Chk1字節(jié)從Head到Count各字節(jié)的校驗和（相加后取低8位）氣體傳感器的應(yīng)用特性氣體傳感器是一種用于檢測環(huán)境中氣體濃度的傳感器，由氣敏元件及外圍電路組成，氣體傳感器可檢測液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、煙霧、氫氣等氣體的濃度，其輸出電壓值與氣體的濃度一一對應(yīng)。氣體傳感器模塊如圖2-57所示，模塊中各引腳的功能如表2-28所示，氣體傳感器模塊與單片機(jī)的接口電路如圖2-58所示。圖2-57氣體傳感器模塊引腳符號功能1AO模擬量輸出2DO開關(guān)量輸出3GND電源地4VCC電源腳，接3.3～5V直流電源表2-28氣體傳感器模塊中各引腳的功能圖2-58氣體傳感器與單片機(jī)的接口電路圖2-58中，CC2530單片機(jī)的

P06引腳作模擬I/O口，AIN6/P06腳與傳感器模塊的AO引腳相接，用來檢測氣體傳感器模塊的輸出電壓。其中，傳感器模塊的VCC引腳接3.3V～5V電源，GND引腳接電源地。C

C

2

5

3

0 單片機(jī)中的A

D

C（1）ADC的結(jié)構(gòu)CC2530單片機(jī)片內(nèi)集成有一個14位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其分辨率可高達(dá)12位。ADC主要由Sigma-delta解調(diào)器、抽取濾波器、ADC輸入、ADC參考電壓、時鐘產(chǎn)生和控制等幾部分組成，如圖2-59所示。ADC的結(jié)構(gòu)圖中，AIN0～AIN7為P0口外設(shè)端口引腳，分別對應(yīng)P00～P07圖2-59引腳。CC2530單片機(jī)的ADC主要有以下特性：1）可選的抽取率，不同抽取率對應(yīng)不同的分辨率。2）8個獨立的輸入通道，可接受單端或差分信號。3）參考電壓可為內(nèi)部單端（1.25V）、外部單端（AIN7輸入）、外部差分（AIN6-AIN7輸入）或者AVDD5引腳。

4）轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生中斷請求。轉(zhuǎn)換結(jié)束時觸發(fā)DMA。片內(nèi)溫度傳感器可作為輸入信號。具有電池電壓測量功能。（2）ADC的輸入ADC的輸入端可配置成單端輸入、差分輸入、片上溫度傳感器輸入、AVDD/3輸入。單端輸入共8個通道，通道編號為0～7，輸入引腳分別為AIN0～AIN7，即P0口的P00～P07引腳。差分輸入共4個通道，通道編號為8～11，輸入引腳分別為AIN0-AIN1、AIN2-AIN3、AIN4-AIN5、AIN6-AIN7。片上溫度傳感器輸入用來測量片上溫度，通道號為14，無輸入引腳。AVDD/3輸入的通道號為15，輸入端為AVDD5引腳。（3）ADC的轉(zhuǎn)換方式ADC有單通道轉(zhuǎn)換和序列轉(zhuǎn)換2種方式。單通道轉(zhuǎn)換的特點是，僅僅只對所指定的通道進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后硬件電路會將ADC中斷請求標(biāo)志位ADCIF置1。單通道轉(zhuǎn)換由APCFG寄存器和ADCCON3寄存器配置，向

ADCCON3寫入數(shù)據(jù)就啟動一次單通道轉(zhuǎn)換。系列轉(zhuǎn)換的特點是，ADC自動對所開放的通道依次進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并由DMA控制器將轉(zhuǎn)換結(jié)果移送至存儲器中，整個過程不需要CPU參與，序列轉(zhuǎn)換結(jié)束后不產(chǎn)生中斷請求。（4）ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果是以二進(jìn)制補碼形式表示的，結(jié)果存放在寄存器ADCH、ADCL中，其中，ADCH為高8位寄存器，ADCL為低8位寄存器。轉(zhuǎn)換結(jié)果的存放格式如圖2-60所示。其中，D13位為符號位，D12位為有效數(shù)據(jù)的最高位。圖2-60AD數(shù)據(jù)的存放格式對于12位分辨率的ADC轉(zhuǎn)換而言，其AD值的有效數(shù)位為D12～D1，低3位無效，若

AD值為正數(shù)，則將轉(zhuǎn)換結(jié)果右移3位即得AD的有效值。對于10位分辨率的ADC轉(zhuǎn)換而言，其AD值的有效數(shù)位為D12～D3，低5位無效，若

AD值為正數(shù)，則將ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果右移5位即得AD的有效值。對于9位分辨率的ADC轉(zhuǎn)換而言，其AD值的有效數(shù)位為D12～D4，低6位無效，若

AD值為正數(shù)，則將ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果右移6位即得AD的有效值。對于7位分辨率的ADC轉(zhuǎn)換而言，其AD值的有效數(shù)位為D12～D6，低8位無效，ADCH的內(nèi)容為AD的有效值。對于單端輸入而言，由于輸入信號與地之間的電壓差為正，ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果為正數(shù)，對于差分輸入而言，輸入信號為兩引腳之間的電壓差，其值可為正數(shù)也可以是負(fù)數(shù)。A

D

C

的寄存器（1）ADCL寄存器ADCL是ADC數(shù)據(jù)低8位寄存器，其字節(jié)地址為0xBA，無位地址，只能整字節(jié)訪問，ADCL的定義如表2-29所示。表2-29

ADCL寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7:2ADC[5:0]000000RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的低位部分1:0-00R0沒有使用。讀出來一直是0（2）ADCH寄存器ADCH是ADC數(shù)據(jù)高8位寄存器，其字節(jié)地址為0xBB，無位地址，只能整字節(jié)訪問，ADCH的定義如表2-30所示。表2-30

ADCH寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7：0ADC[13:6]0x00RADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高位部分（3）ADCCON1寄存器ADCCON1寄存器的字節(jié)地址為0xB4，無位地址，只能整字節(jié)訪問，ADCCON1的定義如表2-31所示。表2-31

ADCCON1寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7EOC0R/H0轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志。讀ADCH時清除。0：轉(zhuǎn)換沒有完成1：轉(zhuǎn)換完成6ST0開始轉(zhuǎn)換。讀為1，直到轉(zhuǎn)換完成。0：沒有轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行1：如果ADCCON1.STSEL=11并且沒有序列正在運行就啟動一個轉(zhuǎn)換序列5:4STSEL[1:0]11R/W1啟動選擇。選擇該事件，將啟動一個新的轉(zhuǎn)換序列。00：P20引腳的外部觸發(fā)。01：全速。不等待觸發(fā)器10：定時器1通道0比較事件11：ADCCON1.ST=13：2RCTRL[1:0]00R/W控制16位隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。寫入01時，操作完成后設(shè)置值自動返回到00。00：正常運行01：LFSR的時鐘一次10：保留11：停止（關(guān)閉隨機(jī)數(shù)發(fā)生器）1:0-11R/W保留。一直設(shè)為11位名稱復(fù)位值操作功能描述7：6SREF[1:0]00R/W選擇序列轉(zhuǎn)換的參考電壓00：內(nèi)部1.25V參考電壓01：AIN7引腳上的外部參考電壓10：AVDD5引腳的電壓11：AIN6-AIN7差分輸入外部參考電壓5:4SDIV[1：0]01R/W為包含在轉(zhuǎn)換序列內(nèi)的通道設(shè)置抽取率。抽取率也決定了完成轉(zhuǎn)換所需要的時間和分辨率。00：64抽取率(7位有效分辨率)01：128抽取率(9位有效分辨率)10：256抽取率(10位有效分辨率)11：512抽取率(12位有效分辨率)3:0SCH[3:0]0000R/W序列通道選擇。讀取時值為當(dāng)前進(jìn)行轉(zhuǎn)換的通道號。0000：AIN00001：AIN10010：AIN20011：AIN30100：AIN40101：AIN50110：AIN60111：AIN71000：AIN0-AIN11001：AIN2-AIN31010：AIN4-AIN51011：AIN6-AIN71100：GND1101：正電壓參考1110：溫度傳感器1111：VDD/3（4）ADCCON2寄存器ADCCON2寄存器的字節(jié)地址為0xB5，無位地址，只能整字節(jié)訪問，ADCCON2的定義如表2-32所示。表2-32

ADCCON2寄存器（5）ADCCON3寄存器ADCCON3寄存器的字節(jié)地址為0xB6，無位地址，只能整字節(jié)訪問，ADCCON3的定義如表2-33所示。表2-33

ADCCON3寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7：6EREF[1:0]00R/W為單通道轉(zhuǎn)換選擇轉(zhuǎn)換的參考電壓。00：內(nèi)部1.25V參考電壓01：AIN7引腳上的外部參考電壓10：AVDD5引腳的電壓11：在AIN6-AIN7差分輸入的外部參考電壓5:4EDIV[1：0]00R/W設(shè)置單通道轉(zhuǎn)換的抽取率。抽取率也決定了完成轉(zhuǎn)換所需要的時間和分辨率。00：64抽取率(7位有效分辨率)01：128抽取率(9位有效分辨率)10：256抽取率(10位有效分辨率)11：512抽取率(12位有效分辨率)3:0ECH[3:0]0000R/W單個通道選擇。當(dāng)單個轉(zhuǎn)換完成，該位自動清除。0000：AIN00001：AIN10010：AIN20011：AIN30100：AIN40101：AIN50110：AIN60111：AIN71000：AIN0-AIN11001：AIN2-AIN31010：AIN4-AIN51011：AIN6-AIN71100：GND1101：正電壓參考1110：溫度傳感器1111：VDD/3（6）TR0寄存器TR0是測試寄存器0，其字節(jié)地址為0x624B，無位地址，只能整字節(jié)訪問，TR0的定義如表2-34所示。表2-34

TR0寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7：1-0000000R0保留。寫為0。0ACTM0R/W0：斷開內(nèi)部溫度傳感器與ADC的連接1：將內(nèi)部溫度傳感器與ADC相連接（7）APCFG寄存器APCFG是模擬外設(shè)I/O配置寄存器，其字節(jié)地址為0xF2，無位地址，只能整字節(jié)訪問，APCFG的定義如表2-35所示。表2-35

APCFG寄存器位名稱復(fù)位值操作功能描述7:0APCFG[7:0]0x00R/W模擬外設(shè)I/O配置。APCFG[7:0]選擇P07-P00是否使能模擬I/O功能。0：禁止模擬I/O1：使能模擬I/OA

D

C

應(yīng)用程序的編寫方法（1）初始化ADC初始化ADC所要做的工作是，使能模擬I/O口。其方法是，將APCFG寄存器中的對應(yīng)位置1。例如，若外部輸入電壓接在AIN6腳，則需將APCFG的第6位置1，初始化ADC的程序如下：void

InitADCPort(void){APCFG

|=1<<6;

//使能P06/AIN6腳上的模擬I/O功能4

}（2）讀AD轉(zhuǎn)換值在編寫讀ADC轉(zhuǎn)換值程序時要注意以下幾點：1）向ADCCON3寫入數(shù)據(jù)就啟動單通道轉(zhuǎn)換。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC中斷請求標(biāo)志位ADCIF置1，若使能了ADC中斷，則引起ADC中斷，因此ADC轉(zhuǎn)換值可用中斷方式讀取，也可以用查詢方式讀取。采用查詢方式讀取ADC轉(zhuǎn)換值時，可以通過查詢ADCIF位是否為1來得知ADC轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADCCON3中所選擇的通道號自動清除，若需再次進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，則需要重新選擇通道號，并設(shè)置通道的參考電壓以及轉(zhuǎn)換的抽取率。用查詢方式獲取ADC轉(zhuǎn)換值時，讀取ADC轉(zhuǎn)換值的程序的編寫方法是，選擇轉(zhuǎn)換通道號，并設(shè)置好通道的參考電壓和轉(zhuǎn)換的抽取率，啟動ADC轉(zhuǎn)換后，通過查詢ADCIF是否為1來等

待ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后再從ADCH、ADCL中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果。（3）將AD值轉(zhuǎn)換成電壓在編寫將AD值轉(zhuǎn)換成電壓的程序時要注意以下幾點：1）設(shè)AD值有效值為adval，AD的有效位數(shù)為n位，AD的參考電壓為VREF，則模擬通道的輸入電壓volt為：CC2530單片機(jī)的ADC為14位的ADC，其有效位數(shù)取決于程序中所設(shè)置的通道轉(zhuǎn)換抽取率，并不是14位。在ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果中，低位是無效的，設(shè)AD的有效位數(shù)為n位，ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在

adval中，則adval的低15-n位無效，AD的有效值為adval>>15-n。Basic

RF軟件包中的ADC函數(shù)Basic

RF軟件包中提供了一個單通道轉(zhuǎn)換的ADC函數(shù)，在TI公司的軟件包中，ADC函數(shù)的定義位于adc.c文件中，在新大陸公司的軟件包中，ADC函數(shù)的定義位于hal_adc.c文件中（參考表2-3），ADC函數(shù)的原型說明如下：int16

adcSampleSingle(uint8

reference,

uint8

resolution,

uint8

channel);函數(shù)的功能是，按照指定的分辨率和參考電壓對指定的通道進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。參數(shù)含義：reference：ADC轉(zhuǎn)換的參考電壓。resolution：ADC轉(zhuǎn)換的分辨率。channel：ADC轉(zhuǎn)換通道。函數(shù)的返回值為16位的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果。結(jié)果中，D15位為符號位，D14位為AD值的最高有效位。實現(xiàn)方法與步驟1．搭建氣體傳感器的控制電路本任務(wù)中，氣體傳感器的控制電路如圖2-61所示。圖2-61氣體傳感器控制電路2．編制氣體傳感器驅(qū)動程序文件氣體傳感器驅(qū)動程序文件由GasSensor.c和GasSensor.h2個文件組成，GasSensor.c文件是驅(qū)動程序的源程序文件，GasSensor.h是GasSensor.c文件的接口文件，這2個文件都存放在Sensor文件夾中。編制氣體傳感器驅(qū)動程序文件的步驟如下：將任務(wù)6的Task6文件夾復(fù)制到D:\EX_WSN文件夾中，并將復(fù)制后的文件夾改名為

Task7，這樣可減少新建工程、配置工程等操作。雙擊D:\EX_WSN\Task7\Project\SensorNet.eww文件，打開SensorNet工程。在IAR中新建GasSensor.c和GasSensor.h2個文件，并將這2個文件保存至Sensor文件夾中。將GasSensor.c文件添加至SensorNet工程中的Sensor組中，并刪除Sensor組中的

SoundSensor.c文件。在GasSensor.c文件中添加初始化傳感器函數(shù)、讀傳感器輸出函數(shù)等程序代碼。在GasSensor.h文件中添加代碼。保存GasSensor.c和GasSensor.h文件。3．編制節(jié)點的程序文件本任務(wù)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有數(shù)據(jù)匯集節(jié)點和傳感器節(jié)點2個節(jié)點，節(jié)點的程序文件與任務(wù)6中的節(jié)點程序文件同名，我們只需修改Collector.c和Sensor.c文件的內(nèi)容。4．下載運行程序本任務(wù)中的下載運行程序的步驟和方法與任務(wù)6中的步驟和方法相同，請讀者按照任務(wù)6中所介紹的步驟和方法分別對Sensor節(jié)點程序和Collector節(jié)點程序進(jìn)行編譯連接，并分別下載至2個開發(fā)板中，然后打開串口調(diào)試助手，可看到傳感節(jié)點的串口所輸出的數(shù)據(jù)。實踐拓展HeadLenTypeDataChk0xccData0…DataN用杜幫線將氣體傳感器的AO改接在AIN2腳上，重新實現(xiàn)任務(wù)7的功能。閱讀任務(wù)16中DHT11的工作特性、DHT11的訪問操作等內(nèi)容，用Basic

RF遠(yuǎn)采集溫濕度數(shù)據(jù)，其中，溫濕

度傳感器DHT11的驅(qū)動程序可直接使用任務(wù)16中的驅(qū)動程序。數(shù)據(jù)通信協(xié)議如表2-26、2-27所示，溫濕度傳感器的類型號為0x04，數(shù)據(jù)長度為4，Data0為溫度的十位數(shù)，Data1為溫度的個位數(shù)，Data2為濕度的十位數(shù)，Data1為濕度的個位數(shù)。用4個ZigBee模塊組建一個Basic

RF傳感網(wǎng)，模塊A作匯集節(jié)點，模塊B作聲音傳感節(jié)點，模塊C作氣體傳感節(jié)點，模塊D作溫濕度傳感節(jié)點。傳感節(jié)點上裝有對應(yīng)的