【正文】 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 畢業(yè)時(shí)間： 二〇一三年六月 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） I 基于 Zigbee 的無線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè) 計(jì)為基于 STC89C52 利用 ZigBee 無線通訊技術(shù)完成的溫度無線采集系統(tǒng)。伴隨工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫度測(cè)量需求越來越多，也越來越重要。無線個(gè)人域網(wǎng)即短距離無線網(wǎng)絡(luò)，典型的短距離無線傳輸技術(shù)有：藍(lán)牙（ Bluetooth）、 ZigBee、 WiFi 等。 2 方案選擇 溫度檢測(cè)系統(tǒng)有則共同的特點(diǎn)：測(cè)量點(diǎn)多、環(huán)境復(fù)雜、布線分散、現(xiàn)場(chǎng)離監(jiān)控室遠(yuǎn)等。溫度傳感器應(yīng)用范圍廣泛、使用數(shù)量龐大，也高居各類傳感器之首。另外，這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器，不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。且該芯片的物理化學(xué)性很穩(wěn)定，它能用做工業(yè)測(cè)溫元件，此元件線性度較好。 采用溫度芯片 DS18B20 測(cè)量溫度，可以體現(xiàn) 系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢(shì)。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。可以單獨(dú)對(duì)多 DS18B20 控制工作，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，組成溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。但在溫度采集和實(shí)施控制這個(gè)重要的場(chǎng)合低功耗相對(duì)來說顯得就不是那么重要了，而應(yīng)該考慮它的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)比 STC89C52 能夠在性 能和資源都可以到達(dá)一個(gè)最佳的狀態(tài)，可延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 以避免用 MSP430 的不必要的資源浪費(fèi)。系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 21 溫度采集系統(tǒng)框圖 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 傳感器 DS18B20 溫度傳感器 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877， LTM8874 等等。 DS18B20 的主要特性： 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電； 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊； STC89C52 單片機(jī) DS18B20 采集溫度 ZigBee發(fā)送模塊 STC98C52 單片機(jī) ZigBee接收模塊 12864 顯示溫度 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫； DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)； 溫范圍－ 55℃～ +125℃，在 10～ +85℃時(shí)精度 為177。 IEEE 工作組制定 ZigBee 協(xié)議的物理層（ PHY）和媒體訪問控制層（ MAC 層）協(xié)議。其中 PHY 層和 MAC 層標(biāo)準(zhǔn)由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)定義， MAC 層之上的 NWK 層， APL 層及 SSP 層，由 ZigBee 聯(lián)盟的 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)定義。 PHY 層提供兩種服務(wù)： PHY層數(shù)據(jù)服務(wù)和 PHY 層管理服務(wù)， PHY 層數(shù)據(jù)服務(wù)是通過無線信道發(fā)送和接收物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (PPDU)， PHY 層的特性是激活和關(guān)閉無線收發(fā)器、能量檢測(cè)、鏈路質(zhì)量指示、空閑信道評(píng)估、通過物理媒介接收和發(fā)送分組數(shù)據(jù)。 NWK 層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址分配，組網(wǎng)管理，消息路由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護(hù)等功能。 ZigBee 應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層 (APS 子層 )、應(yīng)用框架 (AF)和 ZigBee 設(shè)備對(duì)象(ZDO)。 ZDO 可以看成是指配到端點(diǎn) O 上的一個(gè)特殊的應(yīng)用對(duì)象，被所有 ZigBee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象調(diào)用的一個(gè)功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù) SAP(Service Access Point)和管理SAP(Service Access Point)。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、樹型拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)洹? 非信標(biāo)模式下， ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的 周期性 (周期可設(shè)置 )休眠。 ZigBee 設(shè)備類型按網(wǎng)絡(luò)功能分為三種 :協(xié)調(diào)器、路由器、終端。它的功能是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、收發(fā)信息。主節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后 , 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理 , 把從節(jié)點(diǎn)上的溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集值進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ,得到實(shí)際的溫度值 ,然后發(fā)送給上溫度顯示部分。 圖 33 CC2530 引腳排列圖 CC2530 包括了 1 個(gè)高性能的 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和 1 個(gè) 8051 控制器，它具有 32/64/128 kB 可選擇的編程閃存和 8kB 的 RAM，還包括 ADC、定時(shí)器、睡眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路和 21 個(gè)可編程 I/O引腳，這樣很容易實(shí)現(xiàn)通信模塊的小型化。 CC2530 芯片采用 μm CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27mA 或 25 mA。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系 統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。對(duì) P0 端口寫 “1” 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。 MISO（在線系統(tǒng)編程用） 。對(duì) P2 端口寫 “1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在使用 8 位地址（如 movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出 電流（ iil）。 TXD(串行輸出口 )。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1)。 RST—— 復(fù)位輸入。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 A 禁止位無效。 如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)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(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 芯片工作前進(jìn)行相應(yīng)的初始化操作，并繪制總體流程圖。 系統(tǒng)的硬件測(cè)試、協(xié)議棧的測(cè)試、液晶的測(cè)試 系統(tǒng)的硬件測(cè)試包括對(duì)開發(fā)平臺(tái)的電 源、內(nèi)存、 LED 燈、串口，以及配套電路進(jìn)行測(cè)試。 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析 經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)軟硬件均工作正常，實(shí)現(xiàn)了需求中的絕大部分功能?？?體上，本設(shè)計(jì)基本完成了預(yù)期的目標(biāo)和要求。顯示部分通過 VC++編寫，用 12864 液晶屏將