【正文】 ............... 22 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) .................................................. 22 溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)的功耗估算 .............................................. 23 軟件設(shè)計(jì) ............................................................ 24 溫度監(jiān)控軟件模塊 .................................................... 26 6 總結(jié)與展望 ............................................................ 27 參考文獻(xiàn) ................................................................ 30 致 謝 ................................................................... 31 附 錄 .................................................................. 32 附錄一 .................................................................. 32 附錄二 .................................................................. 33 I 基于 ZigBee 的無(wú)線 溫度采集 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 姓名：李鴻飛 專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師：宮 鶴 摘要 ： 文章對(duì) ZigBee 技術(shù)進(jìn)行了研究，應(yīng)用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú) 線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以其通信效率非常高。 無(wú)線通信 The Design of Wireless Temperature Collection System Based on ZigBee Name： Li Hongfei Major： Electronic Information Science and Technology Tutor： Gong He Abstract： This essay mainly studies the technology of ZigBee, using wireless technology to collect dates. A Wireless Sensor Network (WSN)is a work consisting of spatially distributed selfanizing devices. These devices use their sensors to monitor devices. Their sensors to monitor environmental conditions， such as temperature， sound， Pressure vibration， and so on. WSN were originally motivated by military applications， such as battlefield surveillance. They bee one of the hottest research directions of puter science now days. WSNs consist of large number of sensor nodes which have the capability of puting, sensing and municating. Most sensor nodes are lowcost and resourcesconstrained pared to other embedded systems, so it can be deployed in a large scale. ZigBee technology as one king of emerging wireless work technology with near distance, low plexity, the low powerless, the low cast, is mainly used in the near distant wireless connection. It has its own agreement standard to municate between II several thousand small sensors Interco ordination realization munications. These sensors only need very few energies, pass the date by the relay way through the radio wave from a sensor to anther, therefore they municate with an extreme by high efficiency wireless connection. This article briefly introduced the development of ZigBee technology and the specification of it, also the characteristics of the CC2430 chip on which the ZigBee technology can be implemented. Beside, in give a sample application example on how to realize a distributed temperature measure task, including power consumption management, configuration of wireless work , using the onchip temperature sensor to detect the environment temperature, the way the temperature data is send from childdevice, and the receiving of temperature. Data on the coordinate side, and the way the data is uploaded to a PC, on which the data is further display. Key words: ZigBee。另外， ZigBee 使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的 通信協(xié)議 [2]Home RF Lite。它依據(jù) 標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。由傳感器和 ZigBee 系統(tǒng)組成的 ZigBee 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可自動(dòng)采集、分析和處理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時(shí)， ZigBee 技術(shù)具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力，理論上，一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可容納 65536 個(gè)節(jié)點(diǎn) [4]，適合于各種自動(dòng)組網(wǎng)領(lǐng)域，具有極其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和很高的研究?jī)r(jià)值。 ZigBee 技術(shù)目前主要應(yīng)用在短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信方面，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，在很多領(lǐng)域都可以看到 ZigBee 的身影。所有這些企業(yè)都加入了開(kāi)發(fā) ZigBee 物理和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 工作組 [6]。據(jù)有關(guān)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)對(duì) ZigBee 進(jìn)行估計(jì)，到 2021 年，全球的 ZigBee 芯片銷售額將達(dá)到 5 億 8 千萬(wàn)片。 本論文擬設(shè)計(jì)出一種對(duì)于多種環(huán)境應(yīng)用 ZigBee 無(wú)線數(shù)據(jù)采集。 第四部分 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) ，主要是溫度采集的軟件部分和算法以及 軟件流程圖。方案 2:通過(guò)協(xié)調(diào)器發(fā)送超幀，同步所有的從設(shè)備，使它們協(xié)調(diào)起來(lái)。CC2430 芯片的標(biāo)準(zhǔn)通信距離時(shí) 50m，溫度節(jié)點(diǎn)放置范圍可在以數(shù)據(jù)集中器為中心80m 半徑范圍內(nèi)。如圖 24所示： 圖 24 總體電路圖 Figure 24． Overall circuit diagram 系統(tǒng)的整體工作過(guò)程是：首先由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)成功創(chuàng)建 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，然后等待終端節(jié)點(diǎn)加入。該程序使用Visual C++6． O 編寫。點(diǎn)擊?停止接受?進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 數(shù)據(jù)顯示包括： 記錄條數(shù) 即為所顯示的數(shù)據(jù)的條數(shù)． 溫度均值 即為本次操作所有溫度數(shù)據(jù)的均值． 溫 度均值 即為本次操作所有 溫 度數(shù)據(jù)的均值． 試驗(yàn)編號(hào) 即為所選擇的試驗(yàn)編號(hào)。 4） 方式選擇 選擇?單節(jié)點(diǎn)顯示?或?多節(jié)點(diǎn)顯示?。 基于 ZigBee 無(wú)線技術(shù)的分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ,主要由 1 臺(tái)以 32 位 S3C2410芯片與 CC2420芯片為核心的溫度數(shù)據(jù)集中器 (ZigBee協(xié)調(diào)器 )和安裝在各處的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn) (ZigBee 設(shè)備 )組成星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) .溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要由 CC2430 芯片與數(shù)字溫度傳感器 DS18B20組成 .溫度集 中器通過(guò)發(fā)送超幀使各 ZigBee設(shè)備與它同步 ,并使各溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)周期性地進(jìn)入低功耗狀態(tài) ,以達(dá)到降低功耗的目的 .溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)將采集的溫度值利用 ZigBee 網(wǎng)絡(luò) ,以無(wú)線方式傳輸給溫度集中器 ,溫度集中器在收到溫度監(jiān)測(cè)值后 ,將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù) ,并以數(shù)值和曲線的方式在 數(shù)據(jù)集中器人機(jī)界面上顯示 .數(shù)據(jù)集中器還可以通過(guò)串行或以太網(wǎng)與 PC 機(jī)連接傳輸數(shù)據(jù) .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 29 所示 . 圖 Figure 29. Distributing temperature measure system configuration 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 ,是一組 ZigBee精簡(jiǎn)功能節(jié)點(diǎn) (RFD),由 8路溫度傳感器、射頻收發(fā)芯片和 RS232 串口通信接口組成 .溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要完成各 13 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度測(cè)量 ,并向 FFD 節(jié)點(diǎn)發(fā)送所采集溫度數(shù)據(jù) .同時(shí) ,預(yù)留 RS232 通信接口 .具體的電路如圖 210 所示 . 圖 210. 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)硬件電路 Figure 210. Temperature monitoring hardware circuit 射頻收發(fā)芯片使用 CC2430芯片 ,該芯片內(nèi)部包括了一個(gè)工作頻率為 GHz的直接序列擴(kuò)頻方式射頻收發(fā)器和一顆工業(yè)級(jí) 8051 控制器 .CC2430 天線接收的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器和 I/Q 下變頻處理后 ,中頻信號(hào)為 2 MHz,此混合 I/Q信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大 ,A/D 變換 ,自動(dòng)增益控制 ,數(shù)字解調(diào)和解擴(kuò) ,最終恢復(fù)出傳輸?shù)恼_數(shù)據(jù) .發(fā)射部分基于直接上變頻 .要發(fā)送的數(shù)據(jù)先被送入 128 字節(jié)的發(fā)送緩存器中 ,頭幀和起始幀由硬件自動(dòng)產(chǎn)生 .根據(jù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn) ,所要發(fā)送的數(shù)據(jù)流每 4個(gè)比特被 32碼片的擴(kuò)頻序列擴(kuò)頻后 ,送到 D/A 變換器 ,再經(jīng)過(guò)低通濾波和上變頻混頻后的射頻信號(hào) ,最終被 調(diào)制到 GHz,并經(jīng)放大后送到天線發(fā)射。 R2 和 R3 為偏置電阻，電阻 R3 主要用來(lái)為 32 MHz 的晶振提供合適的工作電流。 C C1 C15 等為去耦電容 ,主要用于電源濾波，以提高器件的工作穩(wěn)定性。為了保證低噪聲功率放大器的靈敏度， V 電源經(jīng) Richtek 公司的超低噪聲，低靜態(tài)電流電源調(diào)整器RT919333PB 調(diào)整后再送給 UA2723[13]，如圖 215所示。工作時(shí)的電流損耗為 27mA，在接收和發(fā)射模式下，電 流損耗分別低于 27mA 和 25mA 在休眠模式時(shí)僅 叭的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng) 。利用其低功耗、低時(shí)鐘下工作特性，工作在 PMZ 模式，實(shí)現(xiàn)芯片定時(shí)喚醒。每層為其上層提供一組特定的服務(wù)；數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。這里采用全球統(tǒng)一的 GHz 波段，無(wú)須申請(qǐng) ISM 頻段，適合ZigBee 設(shè)備推廣及降低生產(chǎn)成本。 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照協(xié)議中規(guī)定的幀形式構(gòu)建幀數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層使 用 NLDEDATA. indication 原語(yǔ)向其高層表明所接收到的數(shù)據(jù)幀。PHY層數(shù)據(jù)包最大長(zhǎng)度為 127字節(jié)，一次通信過(guò)程包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收應(yīng)答幀，由于一個(gè)溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量很小，一次就可發(fā)送完畢，不需要多次發(fā)送。還提供了一些 API 函數(shù)來(lái)簡(jiǎn)化分配、回 收信息緩沖區(qū)、發(fā)送信息、信入隊(duì)列、出隊(duì)列等操作。 溫度監(jiān)控軟件模塊 溫度監(jiān)控軟件在 Visual Studio 2021 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)下利用 C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)完成 ,包含 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)初始化、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度采集與顯示、溫度曲線顯示、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢等功能 .溫度監(jiān)控軟件模塊組成如圖 54所示 .在系統(tǒng)上電后 ,ZigBee 網(wǎng)絡(luò)初始化軟件模塊首先開(kāi)始工作 ,