基于物聯(lián)網(wǎng)的智能倉(cāng)儲(chǔ)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要倉(cāng)儲(chǔ)作為現(xiàn)代物流和供給鏈系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，已成為物流管理的核心局部和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)物品的數(shù)量和種類(lèi)的需求都在不斷增加，這樣對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的要求也日益提高。特別是，倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)對(duì)存儲(chǔ)物品的質(zhì)量和壽命有著重要的影響，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅可以保證存儲(chǔ)物品的質(zhì)量，延長(zhǎng)產(chǎn)品的存儲(chǔ)壽命，還能夠增強(qiáng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的平安系數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)平安隱患的時(shí)候能夠及時(shí)報(bào)警。然而傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在布線復(fù)雜，可靠性低，管理維護(hù)本錢(qián)低等問(wèn)題，因而將新的科學(xué)技術(shù)引入倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中構(gòu)建信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。ZigBee網(wǎng)絡(luò)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型代表，具有低能耗、低本錢(qián)、低速率等特點(diǎn)，它融合了無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，能夠通過(guò)各種微型傳感器協(xié)同完成對(duì)各種環(huán)境或檢測(cè)對(duì)象的信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集，并將這些信息傳送給用戶。ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一?；赯igBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了ZigBee節(jié)點(diǎn)能耗小、本錢(qián)低、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)程采集與管理，同時(shí)可有效消除平安隱患，具備了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理無(wú)法比較的優(yōu)勢(shì)，很好地解決了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理中布線復(fù)雜、效率低下等問(wèn)題。關(guān)鍵詞：倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee簇樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)CC2530目錄摘要I目錄II第1章智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論述11.1研究背景與意義11.2智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)2第2章ZigBee技術(shù)綜述22.1基于CC2530的ZIGBEE協(xié)議棧22.1.1Zigbee技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景22.1.2低功耗低速率技術(shù)特點(diǎn)42.1.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚?2.2Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)62.3Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層：8網(wǎng)絡(luò)層概述及其實(shí)現(xiàn)功能8網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議10第3章智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)13133.2硬件設(shè)計(jì)133.3軟件設(shè)計(jì)15總結(jié)21參考文獻(xiàn)23附錄24第1章智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論述1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代物流業(yè)和供給鏈管理理念的不斷開(kāi)展，倉(cāng)儲(chǔ)管理在物流管理中的重要性日益提高，倉(cāng)儲(chǔ)管理己成為物流管理的核心局部和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前我國(guó)倉(cāng)儲(chǔ)管理存在自動(dòng)化程度不高、人工依賴性強(qiáng)等諸多問(wèn)題，降低了倉(cāng)儲(chǔ)管理的效率。本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，在原有倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的根底上引入ZigBee技術(shù)，利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、本錢(qián)低的特點(diǎn)，在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)讓其自組織構(gòu)成智能測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。這樣能夠有效地解決傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)存在的各種問(wèn)題，同時(shí)還能夠?qū)囟?、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而構(gòu)建了智能化的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本文以ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用為主線，主要完成以下幾個(gè)方面的工作：〔1〕首先概述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及ZigBee技術(shù)的根底知識(shí)，然后從ZigBee協(xié)議架構(gòu)入手，對(duì)物理層、媒介接入控制層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)了研究，深入了解ZigBee技術(shù)的特性和通信原理?！?〕接著對(duì)基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境系統(tǒng)中幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，主要包括：MAC協(xié)議和路由協(xié)議，并對(duì)其在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控這一應(yīng)用背景下進(jìn)行了探討?！?〕然后根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器設(shè)備的硬件系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)采用增強(qiáng)型的8051單片機(jī)作為主控制器，CC2530射頻芯片作為無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)器，SHT11溫濕度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集。〔4〕通信系統(tǒng)基于ZigBee協(xié)議棧Z-Stack開(kāi)發(fā)，使用IAREW8051集成開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)Z-Stack進(jìn)行代碼編程，為不同角色的節(jié)點(diǎn)編寫(xiě)相應(yīng)的代碼，其中包括ZigBee協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行程序，ZigBee路由器參加網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行程序，ZigBee終端設(shè)備參加網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)采集、收發(fā)等，然后借助下載工具SmartRFFlashProgrammer將代碼下載到ZigBee設(shè)備中進(jìn)行調(diào)試，在簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的根底上實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，并運(yùn)用在倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中，構(gòu)成了基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)?；赯igBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)充分利用了ZigBee節(jié)點(diǎn)能耗小、本錢(qián)低、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)程采集與管理，同時(shí)可有效消除平安隱患，具備了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理無(wú)法比較的優(yōu)勢(shì)，很好地解決了傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理中布線復(fù)雜、效率低下等問(wèn)題。1.2智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點(diǎn)：(1)多對(duì)象監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)多種環(huán)境信息，如：溫濕度、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(diǎn)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在不同地點(diǎn)和不同時(shí)間分別進(jìn)行測(cè)量，這是因?yàn)榄h(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時(shí)間和空間上分布不具有均勻性，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全面性和高精度性，甚至有時(shí)需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。(3)系統(tǒng)靈活，當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求靈活，方便增加節(jié)點(diǎn)，以降低本錢(qián)。第2章ZigBee技術(shù)綜述2.1基于CC2530的ZIGBEE協(xié)議棧Zigbee技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景Zigbee技術(shù)的使用與開(kāi)展很大程度上彌補(bǔ)了無(wú)線通信市場(chǎng)上低功耗、低本錢(qián)、低速率的空缺，Zigbee技術(shù)開(kāi)展成功的關(guān)鍵更多的是因?yàn)樨S富而便捷的應(yīng)用，并不是技術(shù)本身。隨著Zigbee技術(shù)的深入開(kāi)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)鍵點(diǎn)是開(kāi)展一種易布建、低本錢(qián)、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其低耗電性將使產(chǎn)品的電池能維持6個(gè)月到數(shù)年的時(shí)間。對(duì)Zigbee技術(shù)的應(yīng)用前景預(yù)測(cè)被非常好。Zigbee在未來(lái)的幾年里將在工業(yè)無(wú)線定位、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車(chē)自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個(gè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化，將成為今后Zigbee芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用Zigbee技術(shù)：·網(wǎng)點(diǎn)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多?！さ蛡鬏斄浚阂髠鬏?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)本錢(qián)低?！た煽啃愿撸阂髷?shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高?！んw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便放置?！る姵毓╇??！じ采w量大：所需檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，地形復(fù)雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。·現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)?！みb測(cè)、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸。·局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差、本錢(qián)高的。根據(jù)Zigbee聯(lián)盟的觀點(diǎn)，一般家庭可將Zigbee應(yīng)用于以下裝置：·燈光、窗簾的自動(dòng)控制以及空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制器?！ぞo急呼叫器，老年人與行動(dòng)不便者或者病患的緊急呼叫。·各種電子設(shè)備，家用電器的萬(wàn)能遙控器、電腦等的無(wú)線鍵盤(pán)、無(wú)線鼠標(biāo)，搖桿、玩具等?！ぜ彝熿F濃度偵測(cè)器?！ぜ揖咧悄苄蜆?biāo)簽。Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是就是Zigbee應(yīng)用方案的經(jīng)典應(yīng)用。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在壓力過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、流量過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉(cāng)庫(kù)貨物監(jiān)控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控，鋼鐵冶煉溫度控制，煤氣抄表等各個(gè)領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無(wú)線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化。這種網(wǎng)絡(luò)是低速率的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，射頻傳輸本錢(qián)低，各節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，低功耗，適用于電池長(zhǎng)期工作供電，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的對(duì)等通信，快速組網(wǎng)自動(dòng)配置，自動(dòng)恢復(fù)和高級(jí)電源管理，網(wǎng)絡(luò)中任意個(gè)傳感器之間可相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。2.1.2低功耗低速率技術(shù)特點(diǎn)Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)，這種通信組網(wǎng)是基于中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的。根據(jù)Zigbee技術(shù)的本質(zhì)，它具有以下特性：低功耗在非工作模式時(shí)，Zigbee節(jié)點(diǎn)是處于休眠狀態(tài)的。Zigbee設(shè)備休眠激活時(shí)延為15ms，搜索時(shí)延一般為30ms。由于收發(fā)信息低功耗，工作時(shí)間短，且采用了休眠模式，使Zigbee節(jié)點(diǎn)耗電極少，其電池工作時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右。同時(shí)，由于電池使用時(shí)間取決于電池種類(lèi)、容量和應(yīng)用場(chǎng)合等很多因素，因此Zigbee技術(shù)在協(xié)議上對(duì)電池的使用也做了優(yōu)化；對(duì)于某些工作實(shí)踐和總時(shí)間之比小于1%的情況，電池壽命甚至可以超過(guò)10年。工作模式下，Zigbee信號(hào)的收發(fā)時(shí)間短，因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)量小，傳輸速率低；2、高度擴(kuò)展性通過(guò)NetworkCoordinator的網(wǎng)絡(luò)最多可到達(dá)6500個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上NetworkCoordinator的可互相連接性，整體Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目將十分龐大。但是，就一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)Zigbee的網(wǎng)絡(luò)最多包括255個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，有一個(gè)是Master設(shè)備，其余那么都是Slave設(shè)備。3、可靠性Zigbee技術(shù)中為了提高可靠性，在Zigbee介質(zhì)接入控制層〔MAC層〕中，采用了talk-when-ready的碰撞機(jī)制這是一種完全確定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，在這種傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí)，那么立刻傳送。每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送都必須等待對(duì)方確實(shí)認(rèn)消息，并進(jìn)行信息確信回復(fù)，如果沒(méi)有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次。這種方法的采用可以提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。同時(shí)，Zigbee針針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用也做了優(yōu)化，通過(guò)時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。也為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，防止了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蒢igbee每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能并非相同，因?yàn)樗且砸粋€(gè)個(gè)獨(dú)立的工作點(diǎn)為依托，通過(guò)無(wú)線通信組成星狀、樹(shù)樁或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。有半功能設(shè)備〔RFD〕和全功能設(shè)備〔FFD〕之分，負(fù)責(zé)與所控制的子節(jié)點(diǎn)會(huì)聚數(shù)據(jù)、通信和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設(shè)備〔FFD〕；另外還有一些節(jié)點(diǎn)，也就是系統(tǒng)中大局部節(jié)點(diǎn)，為子節(jié)點(diǎn)，從組網(wǎng)通信上，它只是其中功能的一個(gè)子集，并成為半功能設(shè)備〔RFD〕。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)相當(dāng)于現(xiàn)在有線局域網(wǎng)中的效勞器的唯一的協(xié)調(diào)器，具有對(duì)本網(wǎng)絡(luò)的管理能力。網(wǎng)絡(luò)中的全功能節(jié)點(diǎn)可作為路由器、協(xié)調(diào)器以及終端節(jié)點(diǎn)來(lái)使用，而半功能節(jié)點(diǎn)只能由終端節(jié)點(diǎn)使用。在任何一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào)〔PAN標(biāo)識(shí)符〕。利用PAN標(biāo)識(shí)符，采用16位的短地址碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信，并可激活網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。Zigbee路由和協(xié)調(diào)器需要對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù)。Zigbee路由和協(xié)調(diào)器也可以保存一定數(shù)據(jù)量得入口，僅僅在路由維護(hù)時(shí)使用這些入口，或者在耗盡所有其他的路由容量的情況下使用這些入口。路由選擇是在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備相互合作條件下建立路由的一個(gè)流程的選擇，并且該流程通常與特定的源地址和目的地址相對(duì)應(yīng)。路由選擇包括如下流程：1、路由搜索的初始化。2、接受路由請(qǐng)求命令幀。3、接受路由應(yīng)答命令幀2.2Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)圖1ZigBee協(xié)議棧整體架構(gòu)Zigbee協(xié)議結(jié)構(gòu)體系Zigbee協(xié)議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定效勞：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸效勞，一個(gè)管理實(shí)體提供管理、維護(hù)等效勞。每個(gè)效勞實(shí)體通過(guò)一個(gè)效勞接入點(diǎn)〔SAP〕為其上層提供效勞接口，并且每個(gè)效勞接入點(diǎn)〔SAP〕提供了一系列的根本效勞指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。Zigbee協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層：APP〔ApplicationProgramming〕：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)立各種不同工程的區(qū)域，在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)工程的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。HAL〔Hardware(H/W)AbstractionLayer〕：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。ZigBee硬件層通過(guò)射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從MAC層以硬件層無(wú)線信道的接口。在硬件層中，包含一個(gè)硬件層管理實(shí)體〔PLME〕，該實(shí)體通過(guò)調(diào)用硬件層的管理功能函數(shù)，為硬件層管理效勞提供其接口，同時(shí)，還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件層所管理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)的根本信息。圖2物理層結(jié)構(gòu)模型MAC：介質(zhì)接入控制子層，包含了MAC層的參數(shù)配置文件及其MAC的LIB庫(kù)的函數(shù)接口文件。實(shí)現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。2、支持PAN的連接和斷開(kāi)連接。3、同信標(biāo)保持同步。4、在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。5、處理和維護(hù)GTS機(jī)制。6、信道接入采用CSMA-CA接入機(jī)制。7、支持設(shè)備的平安性。介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)，其長(zhǎng)度不超過(guò)127個(gè)字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。MT〔MonitorTest〕：實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口可控各層，與各層進(jìn)行直接交互。NWK〔ZigBeeNetworkLayer〕：網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫(kù)的函數(shù)接口文件，APS層庫(kù)的函數(shù)接口。OSAL〔OperatingSystem(OS)AbstractionLayer〕：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。Profile：AF〔Applicationwork〕層目錄，包含AF層處理函數(shù)文件。Security：平安層目錄，平安層處理函數(shù)，比方加密函數(shù)等。Services：地址處理函數(shù)目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及ZStack相關(guān)配置信息。ZDO〔ZigBeeDeviceObjects〕：ZDO目錄。ZMac：MAC層目錄，包括MAC層參數(shù)配置及MAC層LIB庫(kù)函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。ZMain：主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及硬件配置文件。Output：輸出文件目錄，這個(gè)EW8051IDE自動(dòng)生成的。2.3Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層：2.3.1網(wǎng)絡(luò)層概述及其實(shí)現(xiàn)功能ZigBee網(wǎng)絡(luò)層必須提供功能，其的主要就是提供一些必要的函數(shù)，以保證IEEE802.15.4-2003ZigBee協(xié)議棧的MAC層能夠正確操作，正常工作，并且為應(yīng)用層提供一個(gè)適宜的效勞接口。為了和應(yīng)用層通信，必須向其提供接口，網(wǎng)絡(luò)層的概念包括了兩個(gè)必要的功能效勞實(shí)體，提供必要的功能。它們分別為數(shù)據(jù)效勞實(shí)體〔NLDE〕和管理效勞實(shí)體〔NLME〕。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體〔NLDE〕通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)效勞接入點(diǎn)〔NLDE-SAP〕提供數(shù)據(jù)傳輸效勞，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體〔NLME〕通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的管理庫(kù)效勞接入點(diǎn)〔NLME-SAP〕提供網(wǎng)絡(luò)管理效勞，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體來(lái)獲得一些網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，并完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作。并且，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)，叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)〔NIB〕，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)〔NIB〕的維護(hù)和管理。1、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體〔NLME〕網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供一個(gè)數(shù)據(jù)效勞，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即在同一個(gè)內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)中的兩個(gè)或者更多的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，允許一個(gè)應(yīng)用程序?qū)凑諔?yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔APDU〕的格式進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供如下效勞：①生成網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元〕PDU〔NPDU〕：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體〔NLME〕通過(guò)增加一個(gè)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭，從應(yīng)用支持子層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU中生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元〔NPDU〕。②指定拓?fù)鋫鬏斅酚桑壕W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體能夠發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)適宜的設(shè)備，該設(shè)備可以是最終的目的通信設(shè)備，也可能是通信鏈路中到最終目的節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。2、網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)管理效勞，允許一個(gè)應(yīng)用程序與堆棧相互作用。并且網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)〔NIB〕的管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體應(yīng)該提供如下效勞：①配置一個(gè)新的設(shè)備：為所需的操作充分配置協(xié)議棧的功能。為保證設(shè)備正常工作的需要，滿足配置的需要，設(shè)備應(yīng)該具有足夠堆棧。配置選項(xiàng)中包括對(duì)一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器的操作，或參加一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò)。②開(kāi)始一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，使之具有建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的能力。③參加、重新參加和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)參加、重新參加和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能，以及為一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器或者ZigBee路由器請(qǐng)求一個(gè)設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的能力。具有連接或者斷開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能力。④尋址：ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee路由器具有為新參加網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址的能力。⑤鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)、記錄和匯報(bào)有關(guān)單跳鄰居設(shè)備信息的能力。⑥路由發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)和記錄有效地傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由能力，即信息可以有效的傳達(dá)。⑦收控制：具有控制設(shè)備接收機(jī)接收狀態(tài)的能力，即控制何時(shí)接收者是激活的，以及接收激活時(shí)間的長(zhǎng)短，從而使MAC層的同步或者直接接收等。⑧路由：具有使用不同路由機(jī)制的能力。有單播、多播、播送等，使得路由能夠在網(wǎng)絡(luò)中高效率的交換數(shù)據(jù)。3、網(wǎng)絡(luò)層效勞標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)兩種效勞訪問(wèn)點(diǎn)〔SPA〕提供相應(yīng)的兩種效勞，它們分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)效勞〔NLDE〕和網(wǎng)絡(luò)層管理效勞〔NLME〕。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)效勞通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體效勞接入點(diǎn)接入，網(wǎng)絡(luò)層管理效勞通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體效勞接入點(diǎn)接入。這兩種分別效勞通過(guò)MCPS-SAP和MLME-SAP接口為MAC層提供接口。這些接口之外，在NLDE-SAP和NLME-SAP之間有一個(gè)隱藏的借口，允許NLME使用網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)效勞。NWK層的組件以及接口如以下圖所示：圖3網(wǎng)絡(luò)層參考模型2.3.2網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議在移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)中，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不斷變化。如何迅速準(zhǔn)確地選擇網(wǎng)絡(luò)路由的問(wèn)題，是移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要核心的問(wèn)題。常規(guī)的距離向量算法DVA和鏈路狀態(tài)算法LSA，不能滿足AdHoc網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；單向信道的存在；有限的無(wú)線傳輸帶寬；無(wú)線移動(dòng)終端的局限性等特點(diǎn)。因此，自20世紀(jì)70年代美軍DARPA資助的分組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)工程開(kāi)展以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的許多研究人員從不同的角度提出了一系列的移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。這些協(xié)議必須處理好移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)的以上特點(diǎn)。根據(jù)發(fā)現(xiàn)路由的驅(qū)動(dòng)模式的不同，可將這些路由協(xié)議分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議。如下圖：表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議又稱為主動(dòng)式〔或先應(yīng)式〕的路由協(xié)議〔ProactiveProtocols〕。是一種基于表格的路由協(xié)議。該路由協(xié)議試圖維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)到其余所有節(jié)點(diǎn)的最新路由信息，所有路由信息都保持一致。這個(gè)路由協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一張或多張表格，這些表格中包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點(diǎn)的路由信息表。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化發(fā)生時(shí)，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送更新消息。收到更新消息的節(jié)點(diǎn)便更新自己的表格，以維護(hù)路由信息的一致、及時(shí)、準(zhǔn)確。拓?fù)涓孪⒃诰W(wǎng)絡(luò)中傳播的方式和需要存儲(chǔ)的表的類(lèi)型決定了不同的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議的區(qū)別。表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議根據(jù)變化更新路由表，不斷的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌焚|(zhì)量的變化，所以路由表可以準(zhǔn)確地反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。只要源節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文，就能夠立即取得到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。目前常見(jiàn)的有C.E,Perkins在1994年提出的DSDV路由協(xié)議、CGSR路由協(xié)議以及WRP路由協(xié)議等。DSDV路由協(xié)議是一種無(wú)環(huán)路距離向路由協(xié)議，它是傳統(tǒng)的BellmanFord路由協(xié)議的改良。在DSDV中，每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都需要維護(hù)一個(gè)路由表，路由表表項(xiàng)其中包括目的節(jié)點(diǎn)、跳數(shù)和目的地序號(hào)，其中目的節(jié)點(diǎn)分配目的地序號(hào)，主要用于判別路由是否過(guò)時(shí)，并且能夠防止路由環(huán)路的產(chǎn)生。每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須周期性的與鄰節(jié)點(diǎn)交換路由信息，也可以根據(jù)路由表的改變來(lái)觸發(fā)路由更新。CGSR路由協(xié)議與DSDV類(lèi)似，但是CGSR并不是一個(gè)大的平面網(wǎng)絡(luò)。CGSR分配指定了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)簇首節(jié)點(diǎn)和，其中網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)簇之間的節(jié)點(diǎn)，簇首節(jié)點(diǎn)用來(lái)控制一組節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須有其簇成員的路由表。因?yàn)?，?dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送分組時(shí)，這個(gè)分組首先到達(dá)這個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的簇首節(jié)點(diǎn)，然后簇首節(jié)點(diǎn)把該分組通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給另外一個(gè)簇首節(jié)點(diǎn)，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。WRP路由協(xié)議是另一種表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中保存路由信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都在路由表中保存有如下信息：距離、路由、鏈路開(kāi)銷(xiāo)和重傳消息的列表。重傳消息的列表記錄關(guān)于重傳計(jì)數(shù)器、消息序列號(hào)、每一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)正確應(yīng)答所需的標(biāo)識(shí)以及更新消息的更新列表等信息。WRP的優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖執(zhí)行路徑方案算法時(shí)，可以通過(guò)目的節(jié)點(diǎn)的上游節(jié)點(diǎn)所保存的信息和鄰節(jié)點(diǎn)所保存的信息來(lái)限制算法，使得算法收斂得更快并防止路由當(dāng)中的環(huán)路。由于WRP需要保存4個(gè)路由表，所以比大多數(shù)的協(xié)議需要更大的內(nèi)存。WRP還依賴于周期性的Hello消息，這也要占用帶寬。這類(lèi)路由協(xié)議通常是通過(guò)修改常規(guī)的Internet路由協(xié)議以適應(yīng)移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過(guò)引入序列號(hào)機(jī)制解決了“路由環(huán)路〞和“計(jì)數(shù)到無(wú)窮〞的問(wèn)題；通過(guò)采用“時(shí)問(wèn)驅(qū)動(dòng)〞和“事件驅(qū)動(dòng)〞機(jī)制更新路由信息，盡量減少路由等控制信息對(duì)無(wú)線信道的占用，以提高系統(tǒng)效率。在主動(dòng)式路由協(xié)議中，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)地維護(hù)路由信息，這樣在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大、拓?fù)渥兓^快的環(huán)境中，大量的拓?fù)涓孪?huì)占用過(guò)多的信道資源，使得系統(tǒng)效率下降。為此，1996年卡耐基梅隆大學(xué)的DavidB.Johnson在DSR協(xié)議中提出了一種新的路由選擇原那么：按需路由協(xié)議。按需路由協(xié)議又稱為反響式路由協(xié)議〔ReactiveProtocols〕。與主動(dòng)式路由協(xié)議相比，它是一種被動(dòng)式的路由協(xié)議。在這類(lèi)協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)平時(shí)并不實(shí)時(shí)地維護(hù)網(wǎng)絡(luò)路由，只有在節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，從激活路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制尋找到達(dá)目的地的路由。路山發(fā)現(xiàn)過(guò)程如下圖。當(dāng)節(jié)點(diǎn)1有數(shù)據(jù)要向節(jié)點(diǎn)8發(fā)送且無(wú)路由時(shí)，節(jié)點(diǎn)1啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程：1．節(jié)點(diǎn)1向鄰居節(jié)點(diǎn)〔節(jié)點(diǎn)2、3、4〕發(fā)送路由請(qǐng)求消息；2．中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求消息直至目的節(jié)點(diǎn)8；3．目的節(jié)點(diǎn)選擇適宜的路由返回路由響應(yīng)消息，該消息中攜帶了從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)8的完整路由。圖4按需路由協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程根據(jù)國(guó)際上目前研究的結(jié)果可知，在各種不同的情況下比較時(shí)，基于按需方式的路由算法要比基于表驅(qū)動(dòng)方式的路由算法在性能上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，在負(fù)載較重的情況下，按需式的路由協(xié)議中AODV協(xié)議的性能最為理想。第3章智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖5傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?.2硬件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖由數(shù)傳感A/轉(zhuǎn)換器據(jù)處塊由負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)無(wú)線負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)能量供給模塊為系統(tǒng)其他的三個(gè)局部T10CC2530CC2530AA通過(guò)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換MCP1259將電壓轉(zhuǎn)3.3V系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)通常在閑置時(shí)快速進(jìn)入休眠其外設(shè)模塊休眠不對(duì)這些外模塊主要由CC2530和一些外圍器件構(gòu)圖6傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖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(zhuān)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。SHT10引腳特性如下：1.VDD，GNDSHT10的供電電壓為2.4~5.5V。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(mén)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。為防止信號(hào)沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻〔例如：10kΩ〕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。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?。它包括：?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拉為低電平〔ACK位〕。在第9個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后，釋放DATA〔恢復(fù)高電平〕。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。控制器在再次觸發(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)。需要通過(guò)下拉DATA為低電平，uC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)那么無(wú)意義〕。用CRC數(shù)據(jù)確實(shí)認(rèn)位，說(shuō)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。通訊復(fù)位時(shí)序：如果與SHTxx通訊中斷，以下信號(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)存放器內(nèi)容仍然保存。3.3軟件設(shè)計(jì)ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議終端節(jié)點(diǎn)的軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)數(shù)據(jù)采集功能：采集各個(gè)傳感器的輸出信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)。(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(shí)時(shí)顯示。每個(gè)不同類(lèi)型的傳感器構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)，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(guò)上位機(jī)修改系統(tǒng)參數(shù)。(4)與無(wú)線模塊通訊：?jiǎn)纹瑱C(jī)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以特定的波特率通過(guò)串口送到無(wú)線模塊發(fā)送[12]。ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議程序流程圖如圖7所示。圖7ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議程序流程主程序程序流程圖：圖8主程序程序流程圖2.2.4核心程序代碼：voidmain(){inttempera;inthumidity;chars[16];UINT8adc0_value[2];floatnum=0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL);//設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源為32MHz晶體振蕩器GUI_Init();//GUI初始化GUI_SetColor(1,0);//顯示色為亮點(diǎn)，背景色為暗點(diǎn)GUI_PutString5_7(25,6,"OURS-CC2530");//顯示OURS-CC2530GUI_PutString5_7(10,22,"Temp:");GUI_PutString5_7(10,35,"Humi:");GUI_PutString5_7(10,48,"Light:");LCM_Refresh();while(1){th_read(&tempera,&humidity);//讀取溫度和濕度sprintf(s,(char*)"%d%dC",((INT16)((int)tempera/10)),((INT16)((int)tempera%10)));//將溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GUI_PutString5_7(48,22,(char*)s);//顯示結(jié)果LCM_Refresh();sprintf(s,(char*)"%d%d%%",((INT16)((int)humidity/10)),((INT16)((int)humidity%10)));//將濕度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GUI_PutString5_7(48,35,(char*)s);//顯示結(jié)果LCM_Refresh();3.4本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持3.4.1所使用的試驗(yàn)箱概述物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)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)展嵌入式網(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。該工具箱提供了無(wú)線傳感網(wǎng)通信模塊、根本的傳感器及控制器模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)效勞器參考軟件等，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)形式如以下圖：3.4.2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)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，其結(jié)構(gòu)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：系列傳感器模塊，包括溫濕度傳感模塊、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器部件。電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及控制模塊的連接，又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要有兩節(jié)電池供電，保存外接電源接口，可以直接有直流電供電。節(jié)點(diǎn)圖如下：總結(jié)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee協(xié)議的無(wú)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(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，非常適合于對(duì)布線困難、人員不能到達(dá)的區(qū)域和一些臨時(shí)場(chǎng)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(cè)等，它在當(dāng)前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有著巨大的應(yīng)用潛力的。目前市場(chǎng)上的近距離無(wú)線通信技術(shù)有很多種，如無(wú)線局域網(wǎng)WiFi、藍(lán)牙、IrDA、UWB、RF等。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)ZigBee無(wú)線通信技術(shù)在在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中占有廣泛的市場(chǎng)，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)、平安性高、本錢(qián)低等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用了ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的搭建。經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試，我們研制的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信平臺(tái)已經(jīng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行，并且有較好的可靠性和擴(kuò)展性。本次設(shè)計(jì)主要涉及到硬件設(shè)計(jì)和ZigBee協(xié)議編程兩方面的內(nèi)容。通過(guò)該設(shè)計(jì)，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(shí)，也要求自己在工作中不斷學(xué)習(xí)和接受新知識(shí)，極大的鍛煉了自己獨(dú)立研發(fā)的能力，為今后的工作開(kāi)創(chuàng)了新的前景。致謝經(jīng)過(guò)數(shù)周的努力，我們終于完成了這次的課程設(shè)計(jì)。這次課設(shè)主要是設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，盡管在這次課程設(shè)計(jì)中我們遇到了了很多的問(wèn)題，但是在指導(dǎo)老地師耐心的指導(dǎo)下，我們反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)，失敗了很屢次，從中汲取經(jīng)驗(yàn)，直到問(wèn)題迎刃而解。論文能夠得以順利完成，首先要感謝我的學(xué)院給我提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件。飲其流時(shí)思其源。成吾學(xué)士念吾師。在課程設(shè)計(jì)完成的時(shí)刻，我謹(jǐn)向這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。大學(xué)之大，不在大樓，而在大師。大師們才高八斗，學(xué)富五車(chē)，授我以專(zhuān)業(yè)知識(shí)；大師們高屋建瓴，寧?kù)o致遠(yuǎn)，予我以嚴(yán)謹(jǐn)之邏輯；大師們博聞多識(shí)，學(xué)高身正，釋我以學(xué)者之楷模。最后我要感謝陪我一起做課設(shè)的同學(xué)們，謝謝你們?cè)谧稣n設(shè)期間對(duì)我耐心誠(chéng)懇的幫助，這是我大學(xué)生涯中一段美好的，難忘的時(shí)光。參考文獻(xiàn)[1]李文仲，段朝玉著.ZigBee2007/PRO協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐.北京航空航天大學(xué)出版社,2023.3[2]石志國(guó)等著.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用.北京交通大學(xué)出版社,2023.9[3]吳大鵬等著.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2023.6[4]吳洪貴，孫玉娣等著.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā).東軟電子出版社,2023.11[5]付蔚著，家居物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐.北京大學(xué)出版社,2023.8[6]熊茂華，熊昕著.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用開(kāi)發(fā).西安電子科技大學(xué)出版社,2023.11[7]北京奧爾斯電子科技.物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)套件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2023.11[5][8]JaneK．Hart，KirkMartinez．EnvironmentalSensorNetworks：Arevolutionintheearthsystemscience7．Earth—ScienceReviews，2006附錄附件：系統(tǒng)程序#include"hal.h"#include"LCD.h"#include"stdio.h"#definenoACK0#defineACK1#defineSTATUS_REG_W0x06#defineSTATUS_REG_R0x07#defineMEASURE_TEMP0x03#defineMEASURE_HUMI0x05#defineRESET0x1e#defineSCLP1_0//SHT10時(shí)鐘#defineSDAP1_1//SHT10數(shù)據(jù)線unsignedchard1,d2,d3,d4,d5,d6,d7;voidWait(unsignedintms);voidQWait(void);chars_write_byte(unsignedcharvalue);chars_read_byte(unsignedcharack);voids_transstart(void);voids_connectionreset(void);chars_measure(unsignedchar*p_checksum,unsignedcharmode);voidinitIO(void);/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：Wait**功能描述：延時(shí)函數(shù)〔不精確延時(shí)〕**參數(shù)：ms--延時(shí)時(shí)間**返回值：無(wú)**************************************************************************************************/voidWait(unsignedintms){unsignedcharg,k;while(ms){ for(g=0;g<=167;g++) { for(k=0;k<=48;k++); }ms--;}}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：QWait**功能描述：延時(shí)函數(shù)〔大約1us的延時(shí)〕**參數(shù)：無(wú)**返回值：無(wú)**************************************************************************************************/voidQWait(){asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");asm("NOP");}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：initIO**功能描述：SHT10串行通信IO初始化**參數(shù)：無(wú)**返回值：無(wú)**************************************************************************************************/voidinitIO(void){IO_DIR_PORT_PIN(1,0,IO_OUT);IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);P1INP|=0x03;SDA=1;SCL=0;}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：s_write_byte**功能描述：從SHT10寫(xiě)一個(gè)字節(jié)**參數(shù)：value--需寫(xiě)入的字節(jié)值**返回值：error--操作是否成功**************************************************************************************************/chars_write_byte(unsignedcharvalue){unsignedchari,error=0;IO_DIR_PORT_PIN(1,0,IO_OUT);//時(shí)鐘和數(shù)據(jù)IO設(shè)置為輸出IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);for(i=0x80;i>0;i/=2)//將一個(gè)字節(jié)的8位逐一輸出{if(i&value) SDA=1;else SDA=0;SCL=1;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();SCL=0;asm("NOP");asm("NOP");}SDA=1;IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_IN);//將數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸入，以準(zhǔn)備接收SHT10的ACKSCL=1;asm("NOP");error=SDA;QWait();QWait();QWait();IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);//將數(shù)據(jù)線恢復(fù)為輸出狀態(tài)SDA=1;SCL=0;returnerror;}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：s_read_byte**功能描述：從SHT10讀取一個(gè)字節(jié)**參數(shù)：ack--讀取數(shù)據(jù)后，向SHT10發(fā)送ACK**返回值：val--讀取的字節(jié)值**************************************************************************************************/chars_read_byte(unsignedcharack){IO_DIR_PORT_PIN(1,0,IO_OUT);//時(shí)鐘和數(shù)據(jù)IO設(shè)置為輸出IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);unsignedchari,val=0;SDA=1;IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_IN);//將數(shù)據(jù)線設(shè)置為輸入，以準(zhǔn)備接收SHT10的數(shù)據(jù)for(i=0x80;i>0;i/=2){SCL=1;if(SDA)val=(val|i);elseval=(val|0x00);SCL=0;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();}IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);//將數(shù)據(jù)線恢復(fù)為輸出狀態(tài)SDA=!ack;SCL=1;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();SCL=0;SDA=1;returnval;//返回讀取的值}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：s_transstart**功能描述：?jiǎn)?dòng)SHT10，開(kāi)始與SHT10通信**參數(shù)：無(wú)**返回值：無(wú)**************************************************************************************************/voids_transstart(void){IO_DIR_PORT_PIN(1,0,IO_OUT);IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);SDA=1;SCL=0;QWait();QWait();SCL=1;QWait();QWait();SDA=0;QWait();QWait();SCL=0;QWait();QWait();QWait();QWait();QWait();SCL=1;QWait();QWait();SDA=1;QWait();QWait();SCL=0;QWait();QWait();}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：s_connectionreset**功能描述：與SHT10通信復(fù)位**參數(shù)：無(wú)**返回值：無(wú)**************************************************************************************************/voids_connectionreset(void){IO_DIR_PORT_PIN(1,0,IO_OUT);IO_DIR_PORT_PIN(1,1,IO_OUT);unsignedchari;SDA=1;SCL=0;for(i=0;i<9;i++){SCL=1;QWait();QWait();SCL=0;QWait();QWait();}s_transstart();}/***************************************************************************************************函數(shù)名稱：s_measure**功能描述：發(fā)送命令、讀取SHT10溫度或濕度數(shù)據(jù)**參數(shù)：*p_checksum--校驗(yàn)和*mode--讀取數(shù)據(jù)類(lèi)型〔3為溫度，5為濕度〕**返回值：er--操作結(jié)果**************************************************************************************************/chars_measure(unsignedchar*p_checksum,unsignedcharmode){unsigneder=0;unsignedinti,j;s_transstart();//啟動(dòng)傳輸switch(mode){case3 :er+=s_write_byte(3);break;//發(fā)送溫度讀取命令case5 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