【正文】 小結(jié)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，本章首先對論文的總體設(shè)計方案畫出結(jié)構(gòu)框圖，接著通過 Ti 公司提供的 CC2430 資料，利用 Protel 對原理圖進行繪制，并對其CC2430 原理圖進行了詳細介紹。模擬信號通過 2 腳進入 AD585。 主要模塊的設(shè)計主要模塊設(shè)計主要有采樣保持電路、電源供電電路、串口轉(zhuǎn)換電路設(shè)計。 C18 和 C19 為 32MHz晶振的負載點電容，電容值取決于負載電容的大小。BYP300 壓力變送器CC2430 通信模塊 天線電池模塊天線上位機 液晶顯示報警電路CC2430 通信模塊電池模塊發(fā)送 接收圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖其 CC2430 無線傳輸模塊，除天線電路外，還有接口電路、電源濾波電路、晶振電路、復(fù)位電路等。這些特點更加適用于此系統(tǒng)。傳感器和放大電路高度集成，結(jié)構(gòu)簡單不松動，重復(fù)行好，體積小巧，易安裝；可廣泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)實驗、石油化工、制冷設(shè)備、工程機械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域。因此根據(jù)需要選用兩種合適的壓力傳感器進行比較，從而選出更能滿足系統(tǒng)設(shè)計要求的傳感器。4. 壓力遲滯為 在 室 溫 下 及 工 作 壓 力 范 圍 內(nèi) ， 從 最 小 工 作 壓 力 和 最 大 工 作 壓 力 趨 近 某 一壓 力 時 ， 傳 感 器 輸 出 之 差 。 當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。傳感器的設(shè)計與應(yīng)用是整個測試裝置的基礎(chǔ)之一。CC2430 具有高性能和低功耗的 8051 微控制器核，可以直接連接液晶與報警電路等?！?8通道8～14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC?！? 的電流功耗，外部的中斷或RTC 能喚醒系統(tǒng)。全部 21 數(shù)字的 I/O 引腳都具有響應(yīng)外部的中斷能力。 圖 CC2420 外圍參考電路根據(jù) CC2420 的工作特點，CC2420 并不能直接接模擬量的傳感器，而且就地顯示部分需要與低功耗單片機 MSP430 組成最小系統(tǒng)，才能接液晶及報警等電路。 ● 采 用 OQPSK 調(diào) 制 方 式 。 CC2420 芯片主要特點及方案設(shè)計 ]12[CC2420 是 Chipcon As 公司推出的首款符合 標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。ZigBee 的安全層的構(gòu)架包括協(xié)議棧中三個層次的安全機制，MAC 子層，網(wǎng)絡(luò)層和 APS 層主要負責(zé)各自的數(shù)據(jù)幀的安全傳輸。應(yīng)用層ZigBee應(yīng)用層由三個部分組成，APS 子層、ZDO(包含ZDO管理平臺)和制造商定義的應(yīng)用對象。 進行通信，通過MAC數(shù)據(jù)實體服務(wù)點() 和MAC層管理實體服務(wù)接入點向相關(guān)子層提供MAC層數(shù)據(jù)和管理服務(wù)。 標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面兩層：物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制層（ MAC） 。因此ZigBee 技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制( 如工業(yè)控制場合等 )應(yīng)用。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的定義是以 標(biāo)準(zhǔn)的 PHY 及 MAC 層為基礎(chǔ)的拓展，并對網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和 API 進行了標(biāo)準(zhǔn)化。這種需求下，體積小、成木低、功耗小和傳輸速率低的短距離無線通信技術(shù)—基于 協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，越來越引起人們的重視?？偨Y(jié)本文的研究內(nèi)容，針對系統(tǒng)在其他更高要求領(lǐng)域中的應(yīng)用，提出一些改進完善措施。(4) 自愈功能:增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仍然能正常工作。雖然和藍牙和 WIFi 同處于 的頻段，但是并不互相沖突。隨著射頻技術(shù)、微電子技術(shù)及集成電路的進步，無線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無線通信的實現(xiàn)成本越來越低，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達到可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以提供大量的動態(tài)信息，已廣泛應(yīng)用地質(zhì)、醫(yī)藥器械、雷達、通訊等領(lǐng)域 。ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、率、低成本的無線通信技術(shù)，工作在 的 ISM 頻段上，傳輸速率為 20kb/s250kb/s，傳輸距離為 10m75m，主要用于短距離無線傳輸將 ZigBee 技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)合，具有廣泛的應(yīng)用前景。硬件電路主要包括壓力傳感器的采樣保持電路和電源電路。在數(shù)據(jù)傳輸方式上，分為有線傳輸和無線傳輸兩種。 短距離無線技術(shù)比較短距離無線通信技術(shù)已在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛的應(yīng)用，目前主要有WiFi、藍牙、IrDA、ZigBee 等 。而采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化的設(shè)計可以大大降低成本，2025OKbps 的低速率也能過滿足數(shù)據(jù)采集和控制，由 ZigBee 聯(lián)盟專門設(shè)計的安全層則可以保證節(jié)點信息的不被泄露，毫無疑問，ZigBee 技術(shù)是礦山數(shù)據(jù)采集自動化方案的最佳選擇，搭建這樣一個平臺后也可以與其它網(wǎng)絡(luò)的連接做到無縫連接。：確定系統(tǒng)的設(shè)計原則，給出系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，根據(jù)芯片比較，選定方案所用元件及講述所用到的關(guān)鍵技術(shù)。自組織性， 自適應(yīng)性采集終端設(shè)備位置的頻繁更換和網(wǎng)絡(luò)控制器的癱瘓等，都可能引起拓撲結(jié)構(gòu)的變化和無線通信不暢，從而使整個采集系統(tǒng)停止工作等。2022 年，日木三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司、英國 Invensys 公司和荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司共同宣布加入 ZigBee 聯(lián)盟，研發(fā)名為“ZigBee”的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee 技術(shù)的主要特點包括以下幾個部分:(1) 低功耗: 在工作模式下，由于 ZigBee 技術(shù)的傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量小，因此信號收發(fā)時間短；在非工作模式下，ZigBee 節(jié)點處于休眠狀態(tài)。 ZigBee 協(xié)議體系結(jié)構(gòu) ]10[ZigBee 聯(lián)盟制定的是一種低成本、低功耗，雙向的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過該接可以喚醒層管理服務(wù)功能，同時也負責(zé)維護與物理層相關(guān)的一些管理對象的數(shù)據(jù)庫(PIB) 。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層對于ZigBee協(xié)議棧非常重要，每一個ZigBee節(jié)點都包含網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)組建網(wǎng)絡(luò)，為新加入網(wǎng)絡(luò)訪分配地址、路由發(fā)現(xiàn)、路由維護等。應(yīng)用支持子層給網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)提供了接口，該接口提供了ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)。APL 對等層之間的單播通信安全主要依靠兩個設(shè)備共享的 128 位鏈接密鑰來保證，而多播(broadcast)通信安全則由網(wǎng)絡(luò)中眾多設(shè)備分享的 128 位網(wǎng)絡(luò)密鑰來保證。CC2420 的選擇性和敏感性指數(shù)超過了 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。 ● 內(nèi) 部 集 成 有 VCO、 LNA、 PA 以 及 電 源 整 流 器 ， 采 用 低 電 壓 供 電(～ )。其 RF 內(nèi)核是基于工業(yè)領(lǐng)先的射頻通信芯片 CC2420。具有 3 種休眠模式,從休眠模式轉(zhuǎn)換到正常模式僅需 54us，特別適合要求電池長期供電的應(yīng)用場合?！?多 通 道 DMA控 制 器 ， 非 常 少 的 外 部 組 件 ?！? 規(guī)范的 MAC定時器，1個16 位定時器和2個8位定時器。CC2430 簡化了設(shè)計，它可以直接與液晶相連，簡化了軟件部分的編寫，與CC2420 相比，具有巨大的優(yōu)勢。壓力傳感器是工業(yè)實踐中最常用的一種傳感器，根據(jù)壓力傳感器的工作原理，可分為應(yīng)變式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器。因此選用壓力傳感器時要考慮一下幾個參數(shù)：額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍，也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍，在實際應(yīng)用時傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。本論文是礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測。%FS/年環(huán)境相對濕度 0～95%工作溫度 20～85℃ 小巧型壓力變送器BYP300 壓力傳感壓力變送器選用進口壓力芯片，敏感元件采用擴散或離子注入等工藝形成電阻并連接成惠斯通電橋，用微機械加工技術(shù)在電橋下形成壓力敏感膜片。表 BYP300 小巧型壓力變送器參數(shù)測量介質(zhì) 對于不銹鋼不腐蝕的氣、液體量程 100KPa0 0100MPa壓力形式 表壓、絕壓和負壓電源電壓 936VDC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。本章對整個系統(tǒng)進行了整體的規(guī)劃，首先分析了系統(tǒng)設(shè)計的原則、系統(tǒng)的性能要求，提出了系統(tǒng)整體設(shè)計方案，講述了系統(tǒng)中用到的關(guān)鍵技術(shù)，并對系統(tǒng)用到的關(guān)鍵器件進行了比較，確定使用的器件。其原理圖主要包括接口電路、 和 電源濾波路、芯片晶]17[振電路、天線電路、收發(fā)指示電路及復(fù)位電路 6 部分。電路中的非平衡變壓器由 LLL3 和 C11 組成，其中， L2 和 L3 匹配 RF 輸入/輸出阻抗匹配。本論文采用的是壓力變送器，可有可無采樣保持電路，但為了穩(wěn)定輸出信號和其他模擬量的傳感器的使用，對于壓力傳感器加上采樣保持電路。本論文使用采樣保持電路，為了輸出穩(wěn)定。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 開發(fā)環(huán)境的介紹及使用 ]19[CC2430 所用的開發(fā)環(huán)境并不是 Keil，Keil 適用于 51 系列單片機，并不適合CC2430 的程序編寫。本系統(tǒng)所有源程序代碼均在 IAR 下調(diào)試通過。總體來說，用 IAR EW 進行開發(fā)的典型步驟如下：第一步 配置開發(fā)環(huán)境，選擇芯片類型、程序堆棧大小、仿真器類型等。在 CC2430 上電復(fù)位后，要進行初始化工作，包括些協(xié)議棧的初始化、串口初始化、定時器初始化、頻率信道初始化、變量初始化等。所有網(wǎng)絡(luò)層傳輸幀都包含一個目的地址和源地址，當(dāng)構(gòu)造好網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元后，如果對該幀需要進行安全處理，則根據(jù)安全方案對他進行安全處理。//發(fā)送無線數(shù)據(jù)物理層初始化 M A C 層準(zhǔn)備設(shè)定地址 、 I D標(biāo)號以及信道 構(gòu)造 M A C 幀頭 構(gòu)造數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)校驗 發(fā)送數(shù)據(jù)正確錯誤否完畢圖 無線數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖 本章小結(jié)本章介紹了基于 ZigBee 技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)。然后，對各個主要部分分別進行調(diào)試。該試驗步驟： 一．驗證該程序前先閱讀《IAR 快速啟動向?qū)А?，熟悉 IAR 基本使用步驟。，報警電路工作，蜂鳴器報警；當(dāng)溫度恢復(fù)到設(shè)定范圍之內(nèi)時，蜂鳴器停止報警。 本章小結(jié)本章主要對實物的制作和軟硬件結(jié)合的調(diào)試，由于壓力變送器價格昂貴，壓力傳感器軟件部分沒有成功，所以使用溫度傳感器實驗?zāi)M，分別采集 CC2430芯片中自帶的模擬量溫度傳感器和 DS18B20 數(shù)字量傳感器，溫度模擬實驗成功。 工作展望本文所做的設(shè)計題目第一次接觸很是不熟悉，但充滿了挑戰(zhàn)，由于時間和本人水平有限，參照了很多資料，感到還有很多艱巨而又意義的內(nèi)容需要完成。無線個域網(wǎng)共存性: 免費頻段上有很多種的無線通信技術(shù)，諸如 Ad hoc 無線自組網(wǎng)、藍牙以及 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)等，所以網(wǎng)絡(luò)會受到很大的干擾，今后可以在此方面上進行更深入的研究，在硬件和軟件上多做些抗干擾措施。程序編寫：本文作的是壓力測量，因本人水平有限以及這方面參考資料較少，用的溫度模擬，應(yīng)該在以后注重程序的編寫。結(jié)合硬件電路，用 Protrel 對各模塊和原理圖進行繪制。 模擬實驗二模擬實驗二是用數(shù)字量溫度傳感器 DS18B20，DS18B20 是一款常見數(shù)字量溫度傳感器，如圖 所示，DS18B20 數(shù)字溫度計提供 9 位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。 五．一切安裝好后,打開超級終端或串口調(diào)試工具選擇好串口號,波特率 57600,數(shù)據(jù)位 8,停止位 1,校驗位和流量控制 NONE，接收模式 ASC，打開串口。，檢查電源芯片輸出的電壓是否達到標(biāo)準(zhǔn)值，然后逐個檢查各個插件上引腳的電平是否正常。軟件部分設(shè)計出了一個友好的、方便用戶操作的界面，并調(diào)試運行了各個功能模塊。//設(shè)置地址、ID 標(biāo)號 = MAC_DST_SHORT_ADDR。數(shù)據(jù)處理之后，由 CC2430 進行無線傳輸，與另一塊 CC2430 進行無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸，并在另一塊 CC2430 所接的液晶電路中顯示壓力值，也可以通過上位機在 PC 上動態(tài)顯示。第五步 調(diào)試通過后，去掉調(diào)試選項，重新連接。圖 IAR 工作界面IAR Embedded Workbench 工作界面的按鍵各有作用，建立工程后，一定要根據(jù)要求，選擇 Project/Options 命令中，配置與 CC2430 相關(guān)的選項。IAR 的 Embedded Workbench 系列是一種增強型一體化嵌入式集成開發(fā)環(huán)境，其中完全集成了開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需要的文件編輯、項目管理、編譯、鏈接和調(diào)試工具。C4 和C5 具有濾波作用。 AD585 完成信號的采樣保持工作，AD585 的 14 和 13 管腳用于輸入控制模擬開關(guān)的脈沖，這個脈沖的寬度決定了采樣周期。收發(fā)指示電路：右上角為收發(fā)指示電路，數(shù)據(jù)發(fā)送時，紅綠燈均閃爍。芯片晶振設(shè)計：CC2430 工作需要兩個時鐘晶振，第一個為 32MHz，為無線收發(fā)時鐘；第二個為 ，為休眠模式提供時鐘?？傮w原理圖見附錄 C。BYP300 小巧型壓力變送器的主要特點:寬電壓供電；抗沖擊、耐震動、體積?。粶囟妊a償功能；高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度。BYP300 小巧型壓力變送器，采用進口原裝擴散硅傳感器，靈敏度高、抗過載能力強。 系統(tǒng)對傳感器選擇根據(jù)論文的需要，本系統(tǒng)對壓力測量范圍在 0～60MPa ，而且耐腐蝕?？煞譃槿龣n：%～ %FS 為超高精度；%～1%FS 為高精度；1%～2%FS 為普通精度；2%～10%FS 為低精度。采用單晶硅片為彈性元件