【正文】 圖511 串口模塊通常我們要求在變電室內(nèi)溫度控制在0℃至40℃，超過此規(guī)定范圍則上位機顯示報警指示。 Read:用于從串口緩存中讀出指定長度的數(shù)據(jù)。在進行PC機和無線采集模塊串行通信前，首先要配置好串口，即串口初始化，使計算機串口的各種參數(shù)設(shè)置與無線收發(fā)模塊的串口參數(shù)保持一致，這樣才能夠正確的通信。,等待ZigBee執(zhí)行命令，并返回相應(yīng)的字符串。，即利用V1SA撰寫的模塊驅(qū)動程序既可以用于嵌入式計算機VXI系統(tǒng)，也可以通過MXI , GPIBVXI或1394接口控制的系統(tǒng)中，當(dāng)更換不同廠家符合VPP規(guī)范的硬件時，模塊驅(qū)動程序無需改動。具有測量準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)迅速等優(yōu)點?；赯igBee的智能變電站溫度檢測系統(tǒng)是由溫度傳感器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和監(jiān)控計算機組成。 if (aplGetRxDstEp() == 203){//check dst endpoint tem = aplGetRxMsgData()。}//等待，網(wǎng)絡(luò)建立后apsBusy()返回false while(1) {apsFSM()。 //初始化評估板 aplInit()。開始信道掃描建立網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)成功？設(shè)備初始化接受數(shù)據(jù)發(fā)送指令執(zhí)行各種指令操作YN允許節(jié)點加入圖510 協(xié)調(diào)器工作流程圖協(xié)調(diào)器通過aplFormNetwork()形成網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)后進入有限狀態(tài)機通過調(diào)用apsFSM()運行協(xié)議棧。 return TEMP。 halWait(2)。 LO = LO1。i7。 halWait(1)。 //繼續(xù)接受后八位的數(shù)據(jù) SCK = 1。 SCK = 0。 } //發(fā)送ACK給傳感器 P1DIR |= 0X02。 HI = HI|READ。i++){ SCK = 1。 SCK = 0。 halWait(1)。 break。 halWait(3)。 halWait(250)。 halWait(2)。 halWait(2)。在正確接收到ACK應(yīng)答后的大約55ms內(nèi)傳感器就能計算出采集到的溫度值，并且通過在DATA引腳輸出低電平表示計算的完成。在程序開始，微處理器需要用一組“啟動傳輸”時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯樱鐖D58所示。} //等待直到結(jié)束 }while(aplGetStatus()!=LRWPAN_SUCCESS)。 //初始化協(xié)議棧中的其它部分 ENABLE_GLOBAL_INTERRURT()。程序執(zhí)行aplJoinNetwork()后運行堆棧。終端節(jié)點打開電源，然后初始化、嘗試加入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)收到外部中斷時給SHT10發(fā)送查詢指令，等待SHT10數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送完畢后繼續(xù)進入休眠狀態(tài)，等待有請求時再次激活。本系統(tǒng)正是利用Labview的虛擬儀器技術(shù)對溫濕度傳感器的信號進行采集。串口助手界面如圖54所示。圖52 smartrf flash programmer主界面將仿真器與CC2430模塊連接好，復(fù)位仿真器，F(xiàn)lash image為hex文件路徑，選擇找到已生成的hex文件，點擊perform actions并將程序燒寫進CC2431芯片。嵌入式IAR Embedded Workbench IDE提供一個框架，任何可用的工具都可以完整地嵌入其中，這些工具包括： AVR C/C++編譯器； IAR匯編器； XLINK Linker； ；；；。 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境圖51 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境打開一個新工程的界面，并添加新文件如圖51所示。最后，傳感器可直接通過I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從而減少了接口電路的硬件成本，簡化了接口方式。 SHT10介紹SHT10是瑞士Sensirion公司推出的新型溫濕度傳感器。CC2430芯片需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能，它是目前國內(nèi)外嵌入式射頻芯片中應(yīng)用比較廣泛的一種，結(jié)合了市場領(lǐng)先的ZStackTM、ZigBeeTM協(xié)議軟件和其他Chipcon公司的軟件工具，為開發(fā)出無接口、緊湊、高性能和可靠的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品提供了便利。根據(jù)芯片內(nèi)置內(nèi)存的不同容量，提供給用戶3個版本，即CC2430F32/64/128，分別對應(yīng)內(nèi)置內(nèi)存32/64/128KB。 44腳(P2_4/XOSC_Q1)： kHz 。1%。 19腳(XOSC_Q2)：32 MHz的晶振引腳2。 41腳(AVDD_DREG)：～ V電壓。 37腳(AVDD_IF2)： V電壓。 31腳 (AVDD_RF1)：為LNA、 V的電壓。 27腳(AVDD_CHP)： V電壓。 20腳(AVDD_SOC)：～ V的電壓。 8，9腳(P1_0，P1_1)：具有20 mA的驅(qū)動能力。接口設(shè)備有CC2430多功能仿真器以及UART串行接口。本系統(tǒng)可實時監(jiān)測變電站溫度，使管理更加高效，采集數(shù)據(jù)更加精確，監(jiān)測數(shù)據(jù)更加直觀，完全減免人力資源。圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)查看資料和文獻可知，變電室溫度在25℃左右時最佳，這樣的環(huán)境才可以保持變電站正常安全工作。這是一個星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最底部為傳感器終端設(shè)備，向上是協(xié)調(diào)器和上位機。網(wǎng)狀網(wǎng):一般由若干個FFD連接在一起組成骨干網(wǎng)，它們之間是完全的對等通信，每個節(jié)點都可以與它的無線通信范圍內(nèi)的其他節(jié)點通信，即允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點直接互聯(lián)，但他們中也有一個會被推薦為ZigBee協(xié)調(diào)器。其他節(jié)點一般為RFD，也可以是FFD,它們分布在協(xié)調(diào)器覆蓋的范圍內(nèi)，直接與ZigBee協(xié)調(diào)器進行通信。一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負責(zé)與實際的監(jiān)控對象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點主動通信。其中協(xié)調(diào)器和路由器均為FFD,而終端設(shè)備選用RFD.協(xié)調(diào)器:一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN有且僅有一個協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護網(wǎng)絡(luò)等，需要更多的存儲空間和計算能力。全功能器件擁有完整的協(xié)議功能，在網(wǎng)絡(luò)中可以作為協(xié)調(diào)器，路由器和普通節(jié)點。表26列出了目前可用的apl服務(wù)，這些服務(wù)都會引發(fā)一些形式的消息在網(wǎng)絡(luò)上交換，同時需要調(diào)用apsBusy()函數(shù)來判定何時服務(wù)完成以及aplGetStatus()函數(shù)返回的狀態(tài)。所有的應(yīng)用層函數(shù)都以apl或者aps開頭，并且它們都存放在src/stack/。表25 協(xié)議棧文件文件名概述堆棧主要頭文件，需要包含在應(yīng)用程序應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層物理層鄰接表，地址表函數(shù)控制臺輸出使用函數(shù)調(diào)試輸出實用函數(shù)堆管理堆棧配置宏定義多數(shù)文件應(yīng)用通用型號訪問定義在頭文件里靜態(tài)bind表函數(shù)ZigBee零端點設(shè)備函數(shù),在HAL和評估板上提供的可移植函數(shù)原型 MsstatePAN協(xié)議編程對于實際應(yīng)用MsstatePAN協(xié)議棧來說，最重要的是協(xié)議棧的APL函數(shù)。該協(xié)議棧的運行采用嵌套調(diào)用的方式，即上層有限狀態(tài)機內(nèi)部調(diào)用下層有限狀態(tài)機。aplRegisterEndPoint(DATA_EP)：端點注冊操作，每一個端點對應(yīng)一個應(yīng)用對象。該協(xié)議棧的構(gòu)架如圖24所示。本文采用的硬件平臺是CC2430EM，編譯器采用的是IAR集成開發(fā)環(huán)境。消息模式動態(tài)綁定、靜態(tài)綁定動態(tài)綁定、靜態(tài)綁定信標(biāo)使能是是ZigBee廣播支持是是APS應(yīng)答支持是是安全加密是否數(shù)據(jù)包緩存代理支持是否HEX文件容量200KB80KB休眠功能支持是否PC端調(diào)試器MT支持是否串口調(diào)試信息打印否是由表23可知，MsstatePan協(xié)議棧與ZStack協(xié)議棧相比，雖然不能實現(xiàn)安全加密、數(shù)據(jù)包緩存代理支持、休眠以及MT調(diào)試功能，但是總的來說比較簡潔，可以實現(xiàn)ZigBee的基本功能[15]。表23 MsstatePan協(xié)議棧和ZStack協(xié)議棧的異同點功能屬性ZStack協(xié)議棧MsstatePan協(xié)議棧路由Meshamp。第二種：ZigBee2006規(guī)范，它是一個公開的半開源的協(xié)議棧，相比較ZigBee2004，安全性更高、層次性更強、功耗更小，而且最重要的是實現(xiàn)了網(wǎng)狀組網(wǎng)，實現(xiàn)了ZigBee的向后兼容性。 ZStack協(xié)議棧是ZigBee技術(shù)的核心，所實現(xiàn)的功能越來越完善[6]。ZigBee應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象?？筛鶕?jù)具體的應(yīng)用需求，選擇適合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。使用CSMACA機制接入無線信道。物理層通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)；通過物理層管理實體服務(wù)訪問點提供物理層管理服務(wù)。協(xié)議棧的層與層之間通過服務(wù)接入點完成數(shù)據(jù)交換。因此ZigBee技術(shù)廣泛應(yīng)用在短距離低速率電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。其次，IrDA設(shè)備中的核心部件紅外LED不是一種耐久部件。當(dāng)前，IrDA技術(shù)的軟件和硬件都已經(jīng)比較成熟，主要的技術(shù)優(yōu)勢有以下幾個：無需專門申請?zhí)囟l率的使用執(zhí)照；具有移動通信設(shè)備所必需的體積小、功率低的特點。超寬帶（UWB）技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，主要作為軍事技術(shù)在雷達探測和定位等應(yīng)用領(lǐng)域中使用。藍牙，是一種無線個人局域網(wǎng)，讓各種數(shù)碼設(shè)備之間能夠無線溝通。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。:ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，一般從休眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms，典型的搜索設(shè)備時延為30ms ,活動設(shè)備信通接入的時延為15ms。除此之外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(RFD)無線連接。 ZigBee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴展[7]。在此之前ZigBee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF EasyLink”或“fireFly”無線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為ZigBee[11]。第四章介紹了該設(shè)計的測試過程和調(diào)試過程。該系統(tǒng)具有擴展性好、穩(wěn)定可靠、維護方便等特點。2005年4月，已有Texas Instruments, Freeseale, CompXs, Ember等四家公司通過了ZigBee聯(lián)盟對其產(chǎn)品所作的測試和兼容性驗證。ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。因此，適合采用ZigBee技術(shù)來做智能變電站的數(shù)據(jù)傳輸。藍牙技術(shù)是一種短距離的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)，比較紅外技術(shù)它通信更方便，而且穩(wěn)定，但是成本和功耗都較高。于是我們現(xiàn)在就需要一種技術(shù)，能夠?qū)ψ冸娬镜臏囟葏?shù)進行無線采集。基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能變電站溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計目 錄1 引言 1 1 1 22 基礎(chǔ)知識概述 3 ZigBee技術(shù) 3 ZigBee簡介 3 ZigBee技術(shù)特點 3 ZigBee與各種短距離無線標(biāo)準(zhǔn)的比較 4 ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 5 6 6 6 7 ZigBee協(xié)議棧 7 MsstatePAN協(xié)議棧 9 MsstatePAN協(xié)議棧介紹 9 MsstatePAN協(xié)議編程 10 MsstatePAN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 113 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 13 13 13 13 134 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 14 14 CC2430引腳功能 14 CC2430介紹 16 17 SHT10引腳功能 17 SHT10介紹 17 18 18 185 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 19 19 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境 19 TI Smartrf Flash Programmer介紹 20 21 Labview介紹 21 模塊程序設(shè)計流程 22 22 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計 28 29 29 30 30 31 316 系統(tǒng)整體調(diào)試及結(jié)果 32 32 32 337 結(jié)論 34謝辭 35參考文獻 36附錄1 37附錄2 39外文資料 54唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計1 引言隨著供電負荷的迅速增加以及供電設(shè)備的老化，變電站由于輸變線路接頭溫度過高引起的火災(zāi)、爆炸現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響到用電安全，給供電、用電雙方帶來巨大的經(jīng)濟損失，近年來，對變電站災(zāi)害的實時監(jiān)測、預(yù)警成為電力系統(tǒng)研究的熱點和難點[10]。尤其對于變電站廣闊空間環(huán)境中的溫度采集，如果采用有線方式其成本和功耗都比較高。紅外技術(shù)為短距離、點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強，傳輸速率高，但是通信距離短，通信過程中不能移動，遇到障礙物通信中斷，所以不適合本系統(tǒng)。 比較得知，溫濕度采集是一個長期的過程，而且如果大批量來更換電池是個較為麻煩的過程。，2007年10月發(fā)布了ZigBee Pro版本規(guī)范。 飛思卡爾推出了全球首個符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的平臺，使得制造商能夠?qū)igBee技術(shù)應(yīng)用于傳感和監(jiān)控領(lǐng)域截止至。實現(xiàn)了主從節(jié)點間數(shù)據(jù)的無線傳輸，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建，同時上位PC機采用串口與主節(jié)點通信，對溫濕度實時監(jiān)控。第三章介紹了本設(shè)計的開發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的軟硬件設(shè)計，包括上位機的設(shè)訓(xùn)。借此意義ZigBee作為新一代無