【正文】 設(shè) 備Z i g B e e 接 收數(shù) 據(jù) 中 斷M 0 自 動(dòng)控 制打 開 M 0 自 動(dòng) 控制 且 數(shù) 據(jù) 有 效風(fēng) 扇蜂 鳴 器不 同 命 令 控制 不 同 設(shè) 備Y E SN ON ON OY E S輪 詢 刷 卡 圖 53 主要流程圖 15 主要模塊程序的設(shè)計(jì) 相關(guān)數(shù)據(jù)采集模塊 基于本設(shè)計(jì)的要求，采集的數(shù)據(jù)主要有光度、溫濕度、三重加速度、蜂鳴器、風(fēng)扇的狀態(tài)。 圖 52 IAR 安裝界面 其他工具的安裝都根據(jù)相關(guān)的提示進(jìn)行操作，至此軟件環(huán) 境和工具安裝完成。 keil uvision4 集成開發(fā)環(huán)境包括代碼編輯器、工程管理器、編譯工具鏈、外部工具和源碼級(jí)調(diào)試器等。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。其內(nèi)核芯片 ZIC2410 遵從 Zigbee 規(guī)范和 標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)真正的單芯片解決方案，包括一個(gè) 含有基帶 modem 的射頻收發(fā)器、硬連線的 MAC 和內(nèi)嵌 8051內(nèi)核的微控制器（帶有內(nèi)部 Flash 存儲(chǔ)器）。該系統(tǒng)的相關(guān)信息主要包括溫濕度、光感度、三軸加速度、風(fēng)扇、蜂鳴器、 LED 燈、數(shù)碼管顯示、 M0 終端液晶屏顯示、以及物品相關(guān)信息。因此，利用 Zigbee 作為本設(shè)計(jì)的傳輸方案，用來(lái)實(shí)7 現(xiàn) M0 終端采集數(shù)據(jù)的傳輸，并且完成多點(diǎn)同時(shí)監(jiān)控，個(gè)節(jié)點(diǎn)可以相互控制的功能。 在數(shù)據(jù)采集的方案中，蜂鳴器和風(fēng)扇的狀態(tài)由環(huán)境的實(shí)際狀況進(jìn)行設(shè)定，例如：當(dāng)環(huán)境溫度高于我們?cè)O(shè)定的上限時(shí)，此時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，風(fēng)扇使能。 （ 4） 信息長(zhǎng)度：指明去掉前導(dǎo)頭之外的通訊幀所有字節(jié)數(shù) (含通訊長(zhǎng)度字節(jié)本身 )； （ 5） 命令字：為用戶提供各種可用的操作命令； （ 6） 校驗(yàn)碼：去掉前導(dǎo) 頭和校驗(yàn)碼字節(jié)后，再取通訊幀所含字節(jié)的異或值。個(gè)采集結(jié)點(diǎn)利用 Zigbee 組建的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)控制功能，實(shí)現(xiàn)了信息采集系統(tǒng)的無(wú)線化，數(shù)字化，智能化。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，在同一 時(shí)間每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并且最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。我們需要一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)滿足人們的需求，而不是一個(gè)單獨(dú)的模塊。 本設(shè)計(jì)結(jié)合了 Zigbee 技術(shù)，通訊技術(shù)，傳感器技術(shù)。市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)很激勵(lì)，想 要立于不敗之地就得讓我們的產(chǎn)品簡(jiǎn)單易用，價(jià)格低，性能可靠。如有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)的行為，本人愿意承擔(dān)由此產(chǎn)生的各種后果，直至法律責(zé)任，并愿意通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受公眾的監(jiān)督。與此同時(shí)，單個(gè)采集節(jié)點(diǎn)還 通過(guò) Zigbee 技術(shù)建立信息采集網(wǎng)，采集節(jié)點(diǎn)之間還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看，接收和發(fā)送。 在開發(fā)的過(guò)程中采用開測(cè)試的方法對(duì)設(shè)計(jì)中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)， 主要包括： （ 1）鏡像燒寫 ：實(shí)現(xiàn) FS_11C14 平臺(tái)開發(fā)燒寫鏡像； （ 2） Zigbee 技術(shù)實(shí)驗(yàn)： Zigbee 模塊數(shù)據(jù)的獲得與處理； （ 3） RFID FS_RF522 實(shí)驗(yàn)：射頻識(shí)別刷卡獲取物品的信息； （ 4）溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)： 溫濕度傳感器 DHT11 數(shù)據(jù)獲?。? （ 5）光線傳感器實(shí)驗(yàn)：光照傳感器 ISL29003 數(shù)據(jù)獲?。? （ 6） GUI 圖形界面應(yīng)用程序?qū)嶒?yàn)：實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的各個(gè)功能。 在該課題中， CortexM0 開發(fā)板作為主控制器對(duì)無(wú)線環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)送、顯示和接收，并且實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，其在倉(cāng)儲(chǔ)與物流中的應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)。用戶可直接在監(jiān)控室查詢數(shù)據(jù)歷史記錄，也可向各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)發(fā)送查詢命令，查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)信息。它具有成本低，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體描述如下表。 主控制處理器的選取 主控制處理器選擇了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14。多個(gè) Zigbee 節(jié)點(diǎn)便于組成無(wú)線通信網(wǎng)。 10 圖 43 ZICM2410 原理圖 CY14443 射頻 電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)射頻識(shí)別模塊采用 CY14443A 系列射頻讀寫模塊 ，是非接觸卡類型芯片，該芯片支持 ISO14443 typeA 協(xié)議和 MIFARE 標(biāo)準(zhǔn)的加密算法，遵從 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)，采用 微米 CMOS EEPROM 工藝。 表 41 通信數(shù)據(jù)據(jù)格式 數(shù)據(jù)位 3932 3124 2316 158 70 含義 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) 校驗(yàn)位 圖 46 DHT11 原理圖 12 光照傳感器 ISL29003 模塊電路設(shè)計(jì) 本課題光照數(shù)據(jù)采集選擇 ISL29003，該傳感器 是一種集成光傳感器，內(nèi)置的整合型ADC 和標(biāo)準(zhǔn) IIC 接口，該設(shè)備能夠采集周圍光照強(qiáng)度 lux 轉(zhuǎn)化為數(shù)字量通過(guò) IIC 輸出采集信息，傳感器光照強(qiáng)度可從 1lux 調(diào)節(jié)到 100,000lux 的光照強(qiáng)度， ADC 具有高達(dá) 15bit 有效分解 .該傳感器被金屬覆蓋，以減少光電二極管在 光照較弱的環(huán)境下輸出讀數(shù)的效果，可顯示低光度 lux 的功能。其開發(fā)環(huán)境具有易學(xué)和具有最大量代碼繼承能力的特點(diǎn)，以及對(duì)大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持。采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)按照一定的邏輯來(lái)編寫，主要目的是為了方便程序調(diào)試和提高可靠性。調(diào)用讀光強(qiáng)的接口函數(shù) light_read()，調(diào)用讀三重加速度的接口函數(shù) acc_read(amp。 部分程序如下，主要程序詳見附錄。 //濕度 uint8_t x。 struct sendGoods { uint8_t head[3]。 Zigbee 無(wú)線通信主要有以下特點(diǎn)： （ 1）高容量： Zigbee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多可管理 254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成 65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)； （ 2）功耗低：在低耗電待機(jī)模式下， 2 節(jié) 5 號(hào)干電池可支持 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)工作 6～ 24 個(gè)月，17 甚至更長(zhǎng)； （ 3）低速率： Zigbee 可提供 250 kbps()、 40kbps(915 MHz)和 20kbps(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，工作速率在 20～ 250kbps 的范圍； （ 4）短延時(shí)： Zigbee 的響應(yīng)速度較快， 15ms 就可以實(shí)現(xiàn)從 睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需 30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能； （ 5）高安全： Zigbee 提供了包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制清單 (Access Control List, ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES 128)的對(duì)稱密碼的三級(jí)安全模式； （ 6）低成本： Zigbee 免協(xié)議專利費(fèi)。 Light_Test()。 //數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù) } } Zigbee 發(fā)送函數(shù)主要有： Zigbee_PutChar(uint8_t Ch)； SPI752_PutChar(1, Ch)； SPI752_RegWrite(Channel, SPI752_THR_W, Ch)。 19 void *pthread_analysis (void *arg) { linklist node。 pthread_mutex_unlock (amp。 free (node)。r39。 圖 56 M0數(shù) 據(jù)顯示 6 Qt 用戶界面設(shè)計(jì) 顯示界面： 顯示 M0 工作狀態(tài)、設(shè)置 M0、設(shè)置環(huán)境變量（點(diǎn)擊可以進(jìn)入進(jìn)行相關(guān)的體驗(yàn)）。 圖 71 Zigbee 數(shù)據(jù)發(fā)送實(shí)驗(yàn) 圖 72 溫濕度數(shù)據(jù)采集 圖 73 物品信息采集 圖 74 光照強(qiáng)度 23 在操作中出現(xiàn)的錯(cuò)誤： （ 1）服務(wù)器接收不到前端發(fā)送的數(shù)據(jù)； （ 2）仿真器無(wú)法燒錄入程序； （ 3）多點(diǎn)采集及相互控制時(shí)沒(méi)有反應(yīng) ； （ 4）蜂鳴器在報(bào)警狀態(tài)下不報(bào)警； （ 5）數(shù)據(jù)顯示格式不正確。實(shí)現(xiàn)查詢等功能。 uint16_t key, x。//lCD 屏菜單 [1] = data1。 break。 for(i=0, x=0。 printf(\r\nOk )。 printf(\r\nOk )。 printf(\r\nOk )。 break。 //清屏 OLED_DisStrLine(0, 0, Light)。 //將 lux 的值以 %d 格式存放到 buf 里 OLED_DisStrLine(2, 0, (uint8_t *)buf)。 data = buf[0]。 return data。 data = (buf[0] 8 | data)。 uint8_t buf[1]。 light_setRange(LIGHT_RANGE_4000)。 (!=0)) { delay_ms(250)。 } break。 } break。 } break。 x += 6。 break。 while() { key = KEY_Read()。 = 3。 特別感謝指導(dǎo)教師 姜韶軍 的指導(dǎo)與督促、親切關(guān)心和諄諄教誨?？赏瑫r(shí)多個(gè) Zigbee 節(jié)點(diǎn) 與主機(jī)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；CortexM0 數(shù)據(jù)采集端可與 PC 服務(wù)器端和 CortexA8 Linux 服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，兼容性可靠、穩(wěn)定。 A、點(diǎn)擊風(fēng)速控制就可以控制風(fēng)扇的速率； B、報(bào)警控制 M0 的蜂鳴器； C、 M0 LED 控制 M0 的燈； D、 FS 210 控制 FS 210 的燈； E、數(shù)碼管的顯示； 22 圖 63 M0設(shè)置 點(diǎn)擊設(shè)置環(huán)境變量，可以控制環(huán)境的上下極限值。 } 20 設(shè)計(jì)運(yùn)行結(jié)果展示 本設(shè)計(jì)中， M0 終端對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并在其終端上 OLED 屏上的顯示。e39。 if ((node = GetLinknode (linkHead)) == NULL) { pthread_mutex_unlock (amp。mutex_analysis)。 開始使用數(shù)據(jù)庫(kù)使用的函數(shù)： int sqlite3_open(文件名 ， sqlite3 **)。data。 部分代碼如下： void Send(void) { int i。 //商品編號(hào) uint8_t goodsnum。 //光照 uint32_t bet。 //標(biāo)識(shí)位 st: uint8_t type。 define XOFF 0 define YOFF 0 define ZOFF 0 讀到的數(shù)據(jù)如下保存。用戶可查詢數(shù)據(jù)歷史記錄，也可向各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)發(fā)送查詢命令，查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)信息 。并選擇綠色標(biāo)記的選項(xiàng)，按照提示完成安裝。 keil uvision4 可以完成從工程建立和管理、編譯、鏈接以及目標(biāo)代碼的生成，到硬件仿真 (掛接仿真器等硬件 )、軟件仿真等完整的開發(fā)流程，并且支持多種微控制器，例如 805 ARM、AVR 等等。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感器技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 9 圖 42 LPC11C14 引腳圖 Zigbee 模塊 ZICM2410 芯片 電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 Zigbee 進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，芯片選擇了 ZIC2410，其作為兼容 Zigbee 的核心硬件處理芯片，在完成無(wú)線通信、 Zigbee 組網(wǎng)，數(shù)據(jù)收發(fā)及處理，等運(yùn)行中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 4 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) M0 終端負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前環(huán)境信息 (溫度、濕度、光照等 )進(jìn)行采集，初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備 Zigbee 發(fā)送給 CortexA8(以下簡(jiǎn)稱 A8 服務(wù)器 )， A8 服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后給 M0 終端發(fā)送指令實(shí)時(shí)響應(yīng)各種操作。除此之外，每一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) (FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn) (RFD)無(wú)線連接。 CY14443 特別適用于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)下計(jì)費(fèi)系統(tǒng)或身份識(shí)別系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。 RFID 信息采集 CY14443/SPI （ 1） 通訊速率不大于 3Mbps， MSB 在前，上升沿采樣； （ 2） 通信命令格式為：前導(dǎo)頭＋通訊長(zhǎng)度＋命令字＋數(shù)據(jù)域＋校驗(yàn)碼； （ 3） 前導(dǎo)頭： 0xAA0xBB 兩個(gè)字節(jié)，若數(shù)據(jù)域中也包含 0xAA 那么緊隨其后為數(shù)據(jù) 0，但是長(zhǎng)度字不增加。通過(guò)終3 端將指令傳遞給管理員，并接受管理員傳回的信息。獨(dú)立節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。特別是在環(huán)境監(jiān)測(cè)中最為明顯；基于 Zigbee 的無(wú)線通信技術(shù)發(fā)揮其重要的作用，對(duì)于少量數(shù)據(jù)傳輸來(lái)該技術(shù)效率是很高的。