【正文】 528 1 基于 ZigBee 技術的溫度采集系統(tǒng)的設計 中 文 摘 要 現(xiàn)如今 越來 越多的產(chǎn)業(yè)在發(fā)展，在發(fā)展過程中，溫度 對 設備能否正常工作 有著決定性作用 。 其中 主控制器是 CC2530，選用 DS18B20 和DHT11 傳感器和顯示屏 OLED12864，設計一款無線 溫度采集、實時顯示的電路。 temperature and humidity sensors 。再比如說電纜溝也需要測溫，電纜關系著網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，故我們需要及時知道它內(nèi)部的溫度是多少，保證電纜正常工作。無線通信技術又可以劃分四種類型，分別WWAN、 WMA、 WLA,和 WPAN。 課題研究的目的 本次的設計題目是基于 ZigBee 技術的溫度采集系統(tǒng)的設計，設計一種 以 ZigBee 模塊為基礎的無線溫度傳感器監(jiān) 測系統(tǒng)。 ZigBee技術因為使用便捷并且復雜度低 ， 所以非常廣泛的被使用。 2 課題的主要任務 本次設計主要是針對傳統(tǒng)的有線傳感網(wǎng)絡 的缺陷，設計一個 基于 ZigBee 技術的 無線的能夠實時檢測溫度的傳感器， 本次課題的主要任務 如下： (1) 深入了解 ZigBee 技術 了解 ZigBee 的特點、 ZigBee 協(xié)議、怎樣工作等方面的 內(nèi)容。他的體系機構是由層 作 為每個模 塊而組成的，其中 每一層都 會調(diào)用函數(shù)、程序給 它的上層 ，讓上層能夠進行正常的工作 。 物理層（ PHY）定義了無線射頻應該具備的特征，提供了三種不同的頻段， 它們分別是 、 902MHz928MHz 和 。 表 1 頻段和數(shù)據(jù)率 媒體接入控制子層 （ MAC） 負責控制無線信道的訪問和近距離節(jié)點間的鏈接問題。 在 ZgBee 的網(wǎng)絡節(jié)點 中主要有 協(xié)調(diào)器 （ Coordinator） 、路由器 (Router)和終端節(jié)點 （ End Device） 這 三種不同類型的節(jié)點 [4]。協(xié)調(diào)器 的 主要作用 跟信號塔一樣，就是組建起一個 無線 網(wǎng)絡 區(qū)域 ，然后終端節(jié)點 都會 加入這個網(wǎng)絡，與協(xié)調(diào)器進行無線數(shù)據(jù)的傳輸。它的優(yōu)點就是減小 了傳輸?shù)难訒r 4 和網(wǎng)絡更加可靠 [5]。如下圖，是 ZigBee 協(xié)議層的架構圖。它具體的分層架構和代碼文件夾如下表。 6 第三章 系統(tǒng)設計方案 設計框圖 圖 3 系統(tǒng)設計框圖 方案論證 溫 濕 度檢測系統(tǒng)有一 些 共同的特點： 第一點就是 有非常多的 測量點，第二點 環(huán)境 不相同且 比較 復雜、 第三點 布線分散、測量點離監(jiān)控室遠等。溫度傳感器的應用范圍很廣泛、使用數(shù)量多、也高居各類傳感器之首。而且， 它還 不能測量 不同地方的溫度，因為這種測溫傳感器不能夠并聯(lián)在一起，所以一個傳感器就要占用一根線 。這個元件有非常好的線性變化度 ，當從 0 攝氏度變化到 100 攝氏度的時候，它最大的線性偏差還不到 1 攝氏度。它所采 集、輸出的信號和 DS18B20 一樣，都 不是模擬 信號，但是能夠在檢測溫度的同時檢測空氣中的濕度 。而且， 我們在運 用集成 化的 電路時，外界環(huán)境中的很多干擾 因素 都 能都被有效地避免，這樣就使得整個測量電路的精確度得到提高。 綜上所述，本次設計，傳感器采用 DHT11，控制器采用 CC2530。這類液晶顯示可顯示 ASCII 字符，只是不能顯示漢字。 9 第四章 系統(tǒng)硬件設計 本次設計系統(tǒng)的主要工作流程是首先終端節(jié)點的數(shù)字溫度傳感器采集溫濕度信號，然后采集到的信號分成兩路，一部分被傳送到 12864 顯示屏進行顯示，另一部分 傳送到CC2530 芯片進行處理，再通過 PCB 天線發(fā)送出去，然后協(xié)調(diào)器的 PCB 天線接收從終端節(jié)點發(fā)出的信號，接收到信號后傳送到 CC2530 芯片進行處理，然后傳送給上位機。這個傳感器包由三個部分組成： 感濕元器件 、 測溫元器件 和 一個 8 位單片機連接在一起。5%，測溫度時的精度為177。它們的外觀就 根據(jù)適用的場合不同而做一定的 變化 。 12 DS18B20 引腳說明 表 5 DS18B20 引腳說明表 DS18B20 引腳封裝如下 圖 8 所示。 13 圖 9 CC2530管腳圖 主芯片最小系統(tǒng) ： 通過外部電路和中斷控制電路的工作狀態(tài)是整個電路的核心部分，CC2530 最小系統(tǒng)如圖 10 所示 。 15 圖 12 ZigBee 無線收發(fā)模塊原理圖 顯示電路 有機發(fā)光顯示技術介紹 通常選用的顯示屏均為液晶顯示屏。 OLED 的構造很簡單，并且有自發(fā)光、對比度高、范瑛速度快、適用的溫度范圍大等優(yōu)點。 表 6 OLED12864 接口 ： （ 1） OLED 3 端是電源，提供 OLED12864 的正常工作電壓； （ 2） 4 端口是選擇端 口， 用來 選擇指令寄存器， 往 OLED 屏中寫入數(shù)據(jù)和命令的端口； 17 （ 3） 5 端口是選擇讀寫端口， 這個端口只往 12864 屏中寫入 數(shù)據(jù) ，不讀取數(shù)據(jù)； （ 4） 6 端口是使能信號，這個信號是必須要的，否則不能工作； （ 5） 17 端口是復位端口。 圖 15 電源模塊電路 18 第五章 系統(tǒng)軟件設計 本 次 系統(tǒng)的軟件設計 最 主要 部分 有兩個 ，一個是 數(shù)據(jù)采集和 發(fā)射部分，另一個是 數(shù)據(jù)接收 和處理 部分。 首先通電之前檢查電源及各模塊是否符合工作要求，然后測試軟件是否編寫有問題。 結果分析 ：本次設計采用的屏是技術比較新穎的 OLED 屏，它必須要有驅動才能正常工作，如果沒有驅動或者驅動出錯的時候是不會亮的。 調(diào)試過程：將 ZigBee 模塊重新通電，發(fā)現(xiàn)電路中的 D3 燈一直處于常亮狀態(tài)，此時表明兩個 ZigBee 模塊之間沒有進行有效的無線連接，換了兩根天線后重啟 ZigBee 模塊，D3 燈仍處于常亮狀態(tài)，表示可能不是天線原因；然后重新下載程序到模塊中， D3 等熄滅，表明連接成功。在調(diào)試過程中主要遇到兩個問題。 20 圖 17 數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤圖 在圖 17 中可以看出，在后幾行的數(shù)據(jù)采集結果中，有三行數(shù)據(jù)都是兩個節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)，它們在傳輸過程中出現(xiàn)了錯誤，所以會同時顯示在一行。在后來調(diào)試過程中，采用 DHT11 的節(jié)點不能采集到數(shù)據(jù)。= 0x7f。 //溫度傳感器引腳 這個要改為 define DATA_PIN P0_7 //傳感器引腳 。在連接成功后，在屏的第一行也會顯示節(jié)點的短地址。簡單點說就是，當終端節(jié)點 1 傳輸數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器時，終端 1 的 TXD 燈先閃爍，然后協(xié)調(diào)器的TXD 燈幾乎同時閃爍，表示終端 1 所采集的數(shù)據(jù)傳輸給了協(xié)調(diào)器；當終端節(jié)點 2 傳輸數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器時，終端 2 的 TXD 燈先閃爍，然后協(xié)調(diào)器的 TXD 燈幾乎同時閃爍，表示此時終端 2 所采集的數(shù)據(jù)傳輸給了協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器通過串口傳輸?shù)诫娔X，在軟件上實時顯示 。重新給協(xié)調(diào)器通電， 2 個終端的 D3 燈會熄滅，傳感器開始采集溫濕度，系統(tǒng)正常工作。這次設計還增加了采集空氣濕度的功能，通過 DHT11 采集數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)實時顯示和無線傳輸。比如說剛開始不能通過協(xié)調(diào)器建立組網(wǎng)，每次實驗只能完成一個協(xié)調(diào)器和一個終端連接，后來查閱資料，學習了組網(wǎng)的組建方法，并 把編好的程序燒錄到協(xié)調(diào)器和各終端節(jié)點中，終于實現(xiàn)了一個協(xié)調(diào)器和多個終端連接。導師淵博的專 業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 和 誨人不倦的高尚師德對我影響深遠。這次論文的寫作雖然完成了，但是我想對自己說，這不是結束，而是開始，我今后還有很長的人生路要走，我相信，我在這次論文寫作過程中所學到的堅持、勇敢、自信將是我在未來人生中積累的寶貴財富。 typedef unsigned int uint。 void COM(void)。 uchar ucharT_data_H,ucharT_data_L,ucharRH_data_H,ucharRH_data_L,ucharcheckdata。 } void Delay_10us(void) //10 us 延時 { MicroWait(10)。i++) Delay_10us()。i++) { ucharFLAG=2。 Delay_10us()。 if(DATA_PIN)uchartemp=1。ucharFLAG++)。 } } 29 void DHT11(void) //溫濕傳感啟動 { DATA_PIN=0。= ~0x80。 Delay_10us()。ucharFLAG++)。ucharFLAG++)。 ucharRH_data_L_temp=uchardata。 ucharT_data_L_temp=uchardata。 uchartemp=(ucharT_data_H_temp+ucharT_data_L_temp+ucharRH_data_H_temp+ucharRH_data_L_temp)。 ucharT_data_L=ucharT_data_L_temp。 shidu_shi=ucharRH_data_H/10。 shidu_shi=0。 endPointDesc_t SampleApp_epDesc。 // This is the unique message ID (counter) afAddrType_t SampleApp_Flash_DstAddr。 void SampleApp_HandleKeys( uint8 shift, uint8 keys )。 void SampleApp_Send_P2P_Message(void)。 MT_UartInit()。 //P0_7 配置成通用 io if defined ( BUILD_ALL_DEVICES ) if ( readCoordinatorJumper() ) zgDeviceLogicalType = ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR。 = SAMPLEAPP_FLASH_GROUP。 = (SimpleDescriptionFormat_t *)amp。SampleApp_epDesc )。 aps_AddGroup( SAMPLEAPP_ENDPOINT, amp。 // Intentionally unreferenced parameter if ( events amp。 case AF_INCOMING_MSG_CMD: 33 SampleApp_MessageMSGCB( MSGpkt )。 } return (events ^ SYS_EVENT_MSG)。 } return 0。 } if ( keys amp。 } else 34 { aps_AddGroup( SAMPLEAPP_ENDPOINT, amp。H:, 4)。 case SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID: break。 } } void SampleApp_SendPeriodicMessage( void ) { if ( AF_DataRequest( amp。SampleApp_TransID, 35 AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS ) else { Error occurred in request to send. } } void SampleApp_SendFlashMessage( uint16 flashTime ) { uint8 buffer[3]。 if ( AF_DataRequest( amp。 DHT11()。\039。\039。 osal_memcpy(amp。 HalUARTWrite(0, strTemp, 6)。 i++) { if(i==0) { LCD_P16x16Ch(i*16,4,i*16)。 } 37 } LCD_P8x16Str(44, 4, temp)。SampleApp_epDesc, SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID, 6, strTemp, amp。 if ( AF_DataRequest( amp。 } else { LCD_P16x16Ch(i*16,4,i*16)