【正文】 更好的做出關(guān)于基于 ZigBee 技術(shù)其他方面的無線測量。在 IAR 環(huán)境下，對各模塊的軟件部分源程序進(jìn)行編寫及下載。 圖 DS18B20 的實物圖做此模擬實驗之前，我們首先對 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行了簡易封裝，使其測開水等溫度時，防止損壞，其余的實驗步驟與模擬實驗一基本相同，在此不再做詳細(xì)介紹。 七．節(jié)點之間無線通信正常，與 PC 間串口通信也正常，該片內(nèi)傳感器采集值由于未標(biāo)定所以顯示溫度值未必準(zhǔn)確。 模擬實驗一模擬實驗一是用模擬量的溫度傳感器，有第 2 章介紹可知道，CC2430 自帶溫度傳感器，由 Ti 公司提供資料可知道，自帶模擬量傳感器。5 實物的制作與調(diào)試 硬件調(diào)試本論文做的是無線壓力測量系統(tǒng)，但由于本論文基于礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測，需要用到壓力變送器，其價格昂貴，經(jīng)過討論采用溫度傳感器進(jìn)行模擬實驗，分別用模擬量溫度傳感器和數(shù)字量溫度傳感器分別進(jìn)行模擬實驗。 = 0xffff。如果未連接設(shè)備收到傳輸幀的請求命令，將丟棄該幀。 整體軟件設(shè)計 ]21[0考慮到數(shù)據(jù)采集部分，主要是壓力傳感器的的數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送的軟件設(shè)計。IAR Embedded Workbench 使用方面有很多要注意的地方，在這里不在做一一介紹。本文選擇 IAR Embedded Workbench 作為軟件開發(fā)平臺。對于主要模塊（采樣保持電路、電源供電電路）詳細(xì)介紹了每個模塊的具體實現(xiàn)及功能作用。5 腳之間可以連接一個電位器以調(diào)整偏置電壓。 采樣保持電路 ]18[在 A/D 轉(zhuǎn)換中，A/D 器件將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要一定的時間。C18 和 C19 的典型值為27PF。 無線傳輸模塊的設(shè)計無線傳輸模塊電路包括 CC2430 芯片及其外圍電路，由于 CC2430 將 8051 內(nèi)核與無線收發(fā)模塊集成到一個芯片當(dāng)中因而簡化了電路的設(shè)計過程，省去了對單片機(jī)與無線收發(fā)芯片之間接口電路的設(shè)計，縮短了研發(fā)周期。為此系統(tǒng)設(shè)計安裝帶來方便。主要特點為:寬電壓供電；抗沖擊、耐震動、體積??；溫度補(bǔ)償功能；高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度。 壓力變送器PT500500 系列壓力變送器采用高精度高穩(wěn)定性電阻應(yīng)變計/擴(kuò)散硅晶體/ 陶瓷晶體等做為變送器的感壓芯片，選進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用全封焊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高，產(chǎn)品最高壓力可達(dá) 所示。 度 范 圍壓力傳感器的溫度范圍分為補(bǔ)償溫度范圍和工作溫度范圍，補(bǔ)償溫度范圍是由于施加了溫度補(bǔ)償，精度進(jìn)入額定范圍內(nèi)的溫度范圍，工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。目前市場上壓力傳感器的種類繁多，規(guī)格及技術(shù)性能不一，價格差別也很大，對于不同的場合，要選用合適的壓力傳感器。因此，傳感器的選擇是否合理就顯得尤為重要。方案設(shè)計如圖 所示。● 集成 AES 安全協(xié)處理器?！? 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。如果需要外部設(shè)備，可對 I/O 引腳產(chǎn)生中斷，同時外部外部中斷時間也能被用來喚醒休眠模式。其方案設(shè)計如圖 ，本方案使用的傳感器必須為數(shù)字量，若為模擬量，需要在傳感器與 CC2420 之間添加一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ● 超 低 電 流 消 耗 （ RX:,TX:） 高 接 收 靈 敏 度 （ 99dBm） 。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于 ZigBee 產(chǎn)品的 RF 器件。另外，APS 子層為建立和保持安全關(guān)聯(lián)提供服務(wù)，ZigBee 設(shè)備的安全策略和安全構(gòu)架由 ZDO 管理。APS 子層的任務(wù)是維護(hù)綁定表和在綁定設(shè)備之間傳遞信息。另外，MAC層能支持多種LLC標(biāo)準(zhǔn)，通過業(yè)務(wù)相關(guān)會聚子層(SSCS)協(xié)議承載802．2類型的LLC標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 聯(lián)盟提供網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（APL）的設(shè)計，其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層（ APS） 、ZigBee 設(shè)備對象（ZDO）和由制造商制訂的應(yīng)用對象。(4) 網(wǎng)絡(luò)容量大： 一個星型結(jié)構(gòu)的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254 個從設(shè)備和一個主設(shè)備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多 100 個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。ZigBee 定義了一個安全靈活的網(wǎng)絡(luò)層，支持種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在動態(tài)的射頻環(huán)境中提供高可靠性的無線傳輸。 是新興的無線通訊協(xié)議，是 IEEE 確定的低速個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)的設(shè)計原則低功耗考慮到系統(tǒng)應(yīng)用于無法布線環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集，因而采集的終端節(jié)點電源由電池來提供，由于現(xiàn)場設(shè)備運行的長期性及更換電池的諸多不便，采集節(jié)點必須具有低功耗，以確保系統(tǒng)在電池供電條件下能正常工作半年以上。 論文的主要工作及結(jié)構(gòu)根據(jù)本論文的實際情況，根據(jù) ZigBee 技術(shù)，完成無線壓力的數(shù)據(jù)采集部分的硬件電路的設(shè)計和軟件部分的設(shè)計。通過對上述技術(shù)特點的比較和分析，在礦山中節(jié)點到路由節(jié)點最多 100 米的有限范圍內(nèi)，控制網(wǎng)絡(luò)非基于 ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)莫屬。工業(yè)環(huán)境下的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)是近年來新的發(fā)展趨勢，將無線技術(shù)引入數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，可以解決某些不便布線環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集問題，克服有線網(wǎng)絡(luò)布線麻煩和維護(hù)困難的缺點，提高采集系統(tǒng)的適應(yīng)性。]2[本課題主要來源于礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測。本課題基于當(dāng)前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需要，以礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測系統(tǒng)為題，對礦山的壓力進(jìn)行檢測，保證礦山的安全。采用基于 ZigBee 技術(shù)的無線單片機(jī) CC2430，設(shè)計并實現(xiàn)了無線壓力數(shù)據(jù)采集的硬件電路。單體液壓支柱所處地理位置較為偏僻，壓力監(jiān)測系統(tǒng)需要及時對其礦山狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，反映故障，但生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，這些情況都導(dǎo)致了布線不方便，且升級維護(hù)費用昂貴，同時這些情況的實時數(shù)據(jù)量都不大，使用一種低速低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)就可以很好的解決這些問題。本課題將傳感器技術(shù)和新興的無線通信技術(shù)相結(jié)合，力圖通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線化來達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場中布線不便時對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。引以為豪的低功耗，通過電池節(jié)點設(shè)備可以工作 1 年甚至更久，用于數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)木W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上每個監(jiān)測點只需在有限的時間內(nèi)發(fā)送幾個比特的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流是異步的，并在數(shù)據(jù)等待時間上限制極小。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：：介紹選題的背景和意義，以及短距離無線通信技術(shù)的比較，闡述了論文的研究重點，最后給出論文的結(jié)構(gòu)安排?？煽啃钥垢蓴_能力也是設(shè)計本系統(tǒng)時所考慮的重要因素之一，考慮到工業(yè)現(xiàn)場的工作條件惡劣，各種干擾因素多，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇等因素，數(shù)據(jù)將受到來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證系統(tǒng)的可靠性是設(shè)計中的又一關(guān)鍵。該工作組成立于 2022 年 1 月，專注于規(guī)范一種廉價的，固定、便攜或移動設(shè)備使用的，低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的無線線連接技術(shù)，于 2022年 12 月通過了第 1 個 標(biāo)準(zhǔn)。此外，ZigBee 盟還定義了應(yīng)用層、安全管理、應(yīng)用接口等規(guī)范。（5） 安全性：ZigBee 提供了基于循環(huán)冗余校驗 (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了 AES128 的加密算法 ,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。圖 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)物理層物理層提供的服務(wù)是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，定義了物理無線信道(對于，有 16個信道，編號為 1116)和MAC 子層之間的連接，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)(PLDE) 和物理層管理服務(wù)(PLME)。MAC子層處理所有物理層無線信道接入，主要功能有:網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；與信標(biāo)同步；支持個域網(wǎng)(PAN)鏈路的建立和斷開；為設(shè)備的安全提供支持；信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入/沖突避免機(jī)制 (CSMA/CA)；處理和維護(hù)保護(hù)時隙(GTS)機(jī)制；在兩個對等的MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。ZDO負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(如ZigBee協(xié)調(diào)器或終端設(shè)備)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備并決定設(shè)備所能提供的應(yīng)用服務(wù)、初始化并響應(yīng)綁定請求和在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全關(guān)系。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的安全密鑰(security keys)主要是基于鏈接密鑰(link key)和網(wǎng)絡(luò)密鑰(work key)。它基于 Chipcon 公司的 SmartRF 技術(shù)，以 CMOS 工藝制成 只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。● 抗 鄰 頻 道 干 擾 能 力 強(qiáng) (39dB)。模擬量傳感器CC2420 CC2420 MSP430液晶顯示報警電路無線通信AD 轉(zhuǎn)換模塊圖 基于 CC2420 無線芯片設(shè)計方案 CC2430 的主要特點及方案設(shè)計 ]14[30CC2430 單片機(jī)是 TI 公司（德州儀器）生產(chǎn)的一款專用于 和ZigBee 協(xié)議通信的片上系統(tǒng)解決方案。CC2430 芯片采用 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 和 25mA。　● 從低功耗到正常工作模式需要的時間極少。● 帶有 2 個強(qiáng)大的支持多組串行協(xié)議的 USART。傳感器CC2430 CC2430液晶顯示報警電路無線通信 基于CC2430無線芯片設(shè)計方案 無線芯片比較選擇根據(jù)圖 與圖 無線芯片設(shè)計方案比較，既能完成設(shè)計要求又能簡化設(shè)計的原則，通過比較方案設(shè)計，只有 CC2430 采用標(biāo)準(zhǔn) 8051 處理器，CC2420 不具有，在這里我們選用 Ti 公司的 CC2430 作為本設(shè)計的主芯片。 壓力傳感器簡介 ]16[5壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。選用原則便是以最經(jīng)濟(jì)的價格買到滿足其用途、壓力量程、精度要求、溫度范圍、電和機(jī)械要求的壓力傳感器。當(dāng)然根據(jù)場合不同的需要，考慮的參數(shù)也各不相同。表 PT500500 壓力變送器參數(shù)測量介質(zhì) 氣體、液體、蒸汽量程 100KPa0 0150MPa壓力形式 表壓電源電壓 24VDC（12～36VDC）輸出信號 4～20mA 0～5V 1～5V輸出形式 二線制或三線制精度等級 %FS %FS %FS長期穩(wěn)定性 177。其主要參數(shù)如表 所示。 本章小結(jié)正如前章所述，采用傳統(tǒng)的有線方式傳輸數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)在應(yīng)用時容易受到布線、采集對象的運動性等條件的限制，無線通信技術(shù)的日益成熟為解決這一問題提供了有效的途徑。該電路設(shè)計原理圖如圖 所示。天線電路：電路中采用非平衡天線加上一個非平衡變壓器構(gòu)成天線電路。為了避免模擬信號變換過快致使 A/D 轉(zhuǎn)換器件來不及轉(zhuǎn)換，一般根據(jù)實際需要使用采樣保持電路對模擬信號進(jìn)行穩(wěn)定，使輸出穩(wěn)定。采樣保持電路與 CC2430 的 口相連。因本人做的數(shù)據(jù)采集部分，液晶電路在此不做介紹。其界面友好，調(diào)試功能強(qiáng)大得到了廣泛的應(yīng)用。最后在 Project/Make 命令，完成編譯和連接工程。整體軟件流程圖如 所示。在網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)幀，都是根據(jù)表 所示的通用幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造，并采用 MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行發(fā)送的。switch (frame)； //構(gòu)造數(shù)據(jù)格式WirelessSendData(MSG_TAG_ISANYCAPTAINHERE)。硬件測試主要側(cè)重于檢查線路板有無斷路或短路的地方，使用的芯片及元器件有無問題。該試驗由兩個節(jié)點完成測試, 每個節(jié)點均定時采集片內(nèi)溫度傳感器測得的溫度值,并廣播發(fā)送出去,節(jié)點在接收到對方發(fā)送的溫度值后,將對方的溫度值通過 RS232 串口發(fā)送給 PC,過 PC 端的串口調(diào)試助手軟件可以查看當(dāng)前溫度值。，說明通信正常，數(shù)據(jù)采集正常。其模擬實驗二實物圖（見附錄 B）與源程序（見附錄 A）。通過對ZigBee 協(xié)議的分析，完成了點對點無線傳輸通信。安全問題：安全一直是無線通信網(wǎng)絡(luò)研究的一個熱點，然而由于 ZigBee節(jié)點本生節(jié)點的處理能力、電源及通信能力方面的限制，給網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制設(shè)計帶來很多新的挑戰(zhàn)，在以后 ZigBee 組網(wǎng)研究中，應(yīng)該在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩矫孀鲆欢ǖ难芯俊Ｍ瓿纱巳蝿?wù)。然后進(jìn)行實物制作，由于壓力變送器價格昂貴，壓力傳感器的軟件部分的編寫原因，采用了CC2430 自帶的模擬量溫度傳感器和 DS18B20 數(shù)字量溫度傳感器分別進(jìn)行模擬。該模擬實驗實現(xiàn)溫度的采集與顯示功能，DS18B20 溫度傳感器定時采樣，并將采集到的溫度信息廣播發(fā)送出去，另外的節(jié)點接收到溫度信息后通過串口向計算機(jī)上報。 六．打開另一節(jié)點，此時兩個節(jié)點紅綠燈均閃爍，表示均在發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收到數(shù)據(jù)，PC 端串口調(diào)試助手顯示當(dāng)前溫度值。經(jīng)過這兩步完成硬件的調(diào)試工作。最后，介紹了在IAR 開發(fā)環(huán)境下，調(diào)試無線數(shù)據(jù)發(fā)送連接調(diào)用，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、以及將歷史數(shù)據(jù)顯示等功能，使整個系統(tǒng)的功能更加完善。 = 0xffff。傳感器初始化跳過讀序列號啟動壓力轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換成功 讀取寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)發(fā)送是否圖 壓力傳感器程序流程圖 無線數(shù)據(jù)的發(fā)送 ]2[數(shù)據(jù)的發(fā)送都是以幀的格式發(fā)送的，而且只有已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備才可從網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送數(shù)據(jù)幀。第六步 生成程序代碼，下載到 SOC 片上系統(tǒng)中。一般默認(rèn)設(shè)置已經(jīng)可以，但對于 Debugger 的設(shè)置要注意。IAR 公司獨具特色的 CSPY 調(diào)試器，不僅可以在系統(tǒng)開發(fā)初期進(jìn)行無目標(biāo)硬件的純軟件仿真，也可以結(jié)合 IAR 公司推出的 JLink 硬件仿真器，實現(xiàn)用戶系統(tǒng)實時在線仿真調(diào)試。圖 供電電路電路原理圖 本章