【正文】 總體來說，這次實踐我受益匪淺。一切問題必須要靠自己一點一滴的解決，而在解決的過程中也是我個人能力提升的過程。Proteus 的 軟 件 界 面 如 圖 51 所 示 ：圖51 Proteus的軟件界面 仿真輸出 軟件程序仿真結果圖52 程序仿真結果 電路仿真結果為了顯示仿真的輸出結果，采用一個 LCD 顯示屏和一個虛擬終端表，分別表示數(shù)據(jù)采集成功和數(shù)據(jù)發(fā)送成功。導言8n 位同步字16/32 位長度域8 位地址域8 位數(shù)據(jù)8n 位CRC 校驗 16 位圖43 CC2500數(shù)據(jù)通信包格式5 仿真結果與分析 Proteus本設計中的仿真軟件采用 Proteus。然后下位機進入傳送數(shù)據(jù)狀態(tài)，向上位機傳送數(shù)據(jù)，上位機進入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，從下位機接受數(shù)據(jù)。當 CSn 變低，在開始轉換頭字節(jié)前，微控制器必須等待，直到SO 引腳變低。內存訪問命令完成溫度轉換、讀取等工作。由于節(jié)點處在擁有少量節(jié)點的子網(wǎng)中間，它幾乎可以不需要與鄰近節(jié)點協(xié)調以產生路由功能。 用 過 匯 編 語 言 后 再 使 用 C 來 開 發(fā) ，體 會 更 加 深 刻 。PD=1，激活掉電方式。SM2：多機通信控制位。表25 SCON寄存器SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI方式選擇多機控制串行接受允許/禁止欲發(fā)的第9位收到的第9位發(fā)送中斷有/無接受中斷有/無SM0,SM1：串口工作方式控制位。串行接口的基本任務是：（1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式化因為CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)時并行數(shù)據(jù)，接口電路應該實現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化任務。如果使用單端天線則需要使用平衡／非平衡轉換電路，以達到最佳收發(fā)效果。CC2500的FIFO緩存區(qū)保存MAC幀的長度、MAC幀頭和MAC幀負載數(shù)據(jù)三個部分，而不保存幀校驗碼。而且CC2500可通過掃描2．4GHz的數(shù)字RSSI尋找最佳工作通道。它的開關頻率為 1．2 MHz，效率最高可達 92％。DS18B20 的讀時序。在主機發(fā)起讀時隙之后，DS18B20 器件才開始在總線上發(fā)送 0 或 1，若 DS18B20 發(fā)送 1，則保持總線為高電平。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。TM R1 1R0 1 1 1 1....溫度 LSB溫度 MSBTH 用戶字節(jié)一TH 用戶字節(jié)二配置寄存器保留保留保留CRC 圖 27 　DS18B20 字節(jié)定義表 22 DS18B20 溫度轉換時間表R0R1000101119101112分 辨 率 /位 溫 度 最 大 轉 向 時 間 /ms375750....當 DS18B20 接收到溫度轉換命令后，開始啟動轉換。第５個字節(jié)，為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數(shù)字轉換分辨率。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源?！妫唬?）能提供9～12位二進制溫度值輸出，可通過編程決定輸出位數(shù)；（6）其工作電源既可采用寄生電源方式產生，也可在遠端引入，電源電壓范圍為+~。目前常用的微機與外設之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€(如SPI總線、I2C總線或SCI總線等)，至少需要兩條或兩條以上的信號線。DS18B20 溫度傳感器完成數(shù)據(jù)的采集和轉換然后傳送給 AT89C51，AT89C51 將數(shù)據(jù)處理轉送給 CC2500 無線模塊，通過無線模塊發(fā)送出去，LTC3400 的電源部分為整個系統(tǒng)提供電力供應?？紤]到整個節(jié)點由電池供電，必須選擇體積小、低功耗、外圍電路簡單的傳感器。較少的管腳以及較小的封裝，有利于減少PCB面積降低成本，適合便攜式產品的設計，也有利于開發(fā)和生產。大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應用在便攜式產品上的，因此功耗也非常重要，應該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產品。CC1100是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應用而設計。（工業(yè)，科學和醫(yī)學）和SRD（短距離設備）頻率波段。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。本課題的設計要求比較低，采用能耗較小的單片機是合適的。無線傳感器節(jié)點的基本組成包括處理器單元、無線傳輸單元、傳感器單元和電源模塊單元四個基本單元，如圖22。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其它傳感器節(jié)點逐漸地進行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。在傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計中，需要解決無線傳感器節(jié)點微型化技術，即在有限的系統(tǒng)資源條件下，微型、廉價、能量有限的多功能傳感器設計技術。這個系統(tǒng)稍加產品化，便可成為一些老人及行動不便的病人的安全助手。無線傳感器網(wǎng)絡在檢測人體生理數(shù)據(jù)、老年人健康狀況、醫(yī)院藥品管理以及遠程醫(yī)療等方面同樣發(fā)揮出色的作用。隨著知識創(chuàng)新工程試點工作的深入，2022年中國科學院依托上海微系統(tǒng)所成立了微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心，中心在無線傳感器網(wǎng)絡方向陸續(xù)部署了若干重大研究項目和方向性項目。隨后在美國的移動計算和網(wǎng)絡國際會議上，提出無線傳感器網(wǎng)絡是下世紀面臨的一個發(fā)展機遇。無線技術和傳感器技術的不斷進步是無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)展的直接推動力。以數(shù)據(jù)為中心的特性是無線傳感器網(wǎng)絡的又一個特點，由于節(jié)點不是預先計劃的，而且節(jié)點位置也不是預先確定的，這樣就有一些節(jié)點由于發(fā)生較多錯誤或者不能執(zhí)行指定任務而被中止運行。因此構造一些較小的，靈活的子網(wǎng)絡，再由這些子網(wǎng)絡構造一個大的網(wǎng)絡成為較為通用的做法。傳感器網(wǎng)絡是由一組傳感器以Ad Hoe方式構成的有線或無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、和控制等要求。通過使用無線傳感網(wǎng)絡人們可以實現(xiàn)信息的快速、大范圍、自動化的采集和傳輸。畢 業(yè) 設 計題目：無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計姓　 名： 學　 號： 學 院： 專 業(yè)： 指 導 教 師： 聯(lián) 系 老 師： 年 月 日XXXX 大學畢業(yè)設計任務書題目： 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計 專業(yè)： 指導教師： 學院： 學 號： 班級： 姓 名： 一、主要內容和基本要求內容：課題的研究無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計。它可以廣泛的應用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、物流領域、高效農業(yè)、智能交通、醫(yī)療保健、制造業(yè)等領域。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡，大部分是以有線方式構建，這是因為有線方式的傳輸帶寬，傳輸速度快，誤碼率低，構建簡單等優(yōu)點。當前無線傳輸設備小型化，低功耗化，使得無線傳感器網(wǎng)絡的構建成為可能。為了在網(wǎng)絡中監(jiān)視目標對象，配置冗余節(jié)點是必要的，節(jié)點之間可以通信和協(xié)作，共享數(shù)據(jù)，這樣可以保證獲得被監(jiān)視對象比較全面的數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展是由傳感器網(wǎng)絡開始的，從年代上，傳感器網(wǎng)絡大致可以分為四代。2022年10月24日，美國英特爾公司發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。2022年初，中國科學院召開了關于無線傳感器網(wǎng)絡技術的研討會，共商無線傳感器網(wǎng)絡下一步的工作。在病人身上安置體溫采集、呼吸、血壓等測量傳感器，醫(yī)生可以遠程監(jiān)測病人的情況。同時，該系統(tǒng)也可以應用到一些殘障人士康復中心，對病人的各類肢體恢復進展進行精確測量，為設計康復方案帶來寶貴的參考依據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點在未來將是一次性的，因此節(jié)點不僅要成本低廉，而且工作時間要盡可能長。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內信息的采集和數(shù)據(jù)轉換；處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理本地采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；能量控制模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需要的能量，通常采用微型電池。方案一：采用TI公司推出的一款16位超低功耗單片機MSP430F449，其工作電壓范圍為．6V，并且采用三套獨立的時鐘源，包括高速的主時鐘、低頻時鐘(如32．768kHz)以及DCO片內時鐘，可在滿足功能需要的情況下按一定比例降低MCU主時鐘頻率，以降低功耗。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。RF收發(fā)器集成了一個數(shù)據(jù)傳輸率可達500kbps的高度可配置的調制解調器。電路主要設定為在3143868和915MHz的ISM（工業(yè)，科學和醫(yī)學）和SRD（短距離設備）頻率波段，也可以容易地設置為300348 MHz、400464 MHz和800928 MHz的其他頻率。（3）收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量。綜合以上5點要素，在設計時選擇Chipcon公司的CC2500無線射頻芯片。如果是實際應用，完全可以直接采用不需要信號調理電路的數(shù)字式傳感器，而在我們的課題設計中，則應當盡量不要使用數(shù)字式傳感器。總體設計如圖 23所示：圖23 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點總體設計 無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點工作原理利用 AT89C51 組成的無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的工作原理：溫度傳感器 DS18B20 將被測環(huán)境溫度轉化成帶符號的數(shù)字信號（以十六位補碼形式，占兩個字節(jié)）傳送給 51單片機，然后單片機經(jīng)過處理經(jīng)由 CC2500 的無線發(fā)射模塊發(fā)送給上位機。美國DALLAS半導體公司開發(fā)了一種新技術——單總線技術。因為它是數(shù)字輸出，而且只占用一個I/O端口，所以它特別適合于微處理器控制的各種溫度測控系統(tǒng)，避免了模擬溫度傳感器與微處理器接口時需要的A/D轉換和較復雜的外圍電路。3 VDD 可選擇的 VDD 引腳。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數(shù)值。轉換完成后的溫度值就以16 位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第 2 字節(jié)。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。如圖 28圖28②寫時隙當主機將單總線 DQ 從邏輯高拉為邏輯低時，即啟動一個寫時隙，所有的寫時隙必須在 60~120us 完成，且在每個循環(huán)之間至少需要 1us 的恢復時間。若發(fā)送為 0，則拉低總線當發(fā)送 0 時，DS18B20 在該時隙結束后，釋放總線，由上拉電阻將總線拉回至高電平狀態(tài)。如圖 210：圖210 DS18B20控制方法DS18B20 有 10 條控制命令，如表 24 所示： 表 24 DS18B20 控制命令ROM 操作命令 指令 說明讀 ROM 命令（33H） 讀 DS18B20 的序行號搜索 ROM 命令（F0H） 識別總線上各器件的編碼匹配 ROM 命令（CCH） 用于多個 DS18B20 的定位跳過 ROM 命令（CCH） 此命令執(zhí)行后，存儲器操作將針對總線上所有操作報警搜索 ROM 命令（ECH） 僅溫度超限的器件對此命令做出響應RAM 操作命令指令 說明溫度轉換（44H） 啟動溫度轉換讀暫存器（BEH） 讀全部暫存器內容寫暫存器（4EH） 寫暫存器第 2，3 和 4 個字節(jié)的數(shù)據(jù)復制暫存器（48EH） 將暫存器中的 TH，TL 和配置寄存器內容復制到 EEPROM 中讀 EEPROM（B8H） 將 TH，TL 和配置寄存器內容從 EEPROM中回讀至暫存器 DS18B20具體電路。它的外圍電路簡單，使整個電源在 PCB 上的面積大大降低。CC2500采用4x4mm 20引腳QFP封裝，由于外形小，而且需要的外部元件數(shù)量少，因此適合開發(fā)小型2．4GHz產品。CC2500發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)幀的前導序列、幀的起始分隔符以及幀檢驗序列由硬件產生；接收數(shù)據(jù)時，這些部分只用于幀同步和CRC校驗，而不會保存到接收FIFO緩存區(qū)。CC2500需要由16MHz的參考時鐘用于250kbPs數(shù)據(jù)的收發(fā)。如自動生成起、止方式的幀數(shù)據(jù)格式（異步方式）或在待傳送的數(shù)據(jù)塊前加上同步字符等。00為