【正文】 模塊 如圖 35 所示， 顯示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)執(zhí)行部件的動(dòng)作狀態(tài)，發(fā)出驅(qū)動(dòng)各部件的指令?？捎糜诖鎯?chǔ)一些系統(tǒng)配置以及一些需要持久保存的信息，主要只作為后備存儲(chǔ)器，由于空間有限，一般不存儲(chǔ)信息。主控制器 STC12LE5A60S2 的中斷數(shù)量有限，無法為每一個(gè)按鍵都分配一個(gè)獨(dú)立的外部中斷，但掃描方式連接鍵盤消耗資源過大、實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度也不理想，所以該鍵盤采用共用中斷方式連接到系統(tǒng)中（連接到外部中斷 INT0）， 任何一個(gè)按鍵按下時(shí)都產(chǎn)生中斷，在中斷程序中通過掃描來識(shí)別按鍵，既可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)速度上的要求，也可節(jié)約系統(tǒng) IO口和中斷資源 [6]。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 圖 37最終系統(tǒng)運(yùn)行示意圖 如 圖 37 所示為一個(gè)典型 ZigBee 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖示。與無線模塊的通信采用的是 SPI 接口。 終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 終端節(jié)點(diǎn)要與傳感器通信，所以要軟件模擬單總線（ Single Wire）的時(shí)序，收發(fā)單總線協(xié)議的命令和數(shù)據(jù)。 endif APS_Init( taskID++ )。 = GENERICAPP_ENDPOINT。 ZStatus_t sentStatus。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，很多老師和同學(xué)給了我們很多幫助，以及我們的指導(dǎo)老師田敏副教授，在此一并表示感謝。首先在硬件制作上，我們從頭至尾制作了將近五六十塊電路板，最終的成品硬件電路共有近 20 塊，所有的電路板都是使用熱轉(zhuǎn)印方式手工制作完成。 在任務(wù)中注冊(cè)消息，指定消息處理函數(shù)，進(jìn)行消息處理 如上圖所示，各消息在任務(wù)的消息處理函數(shù)中得到處理。 GenericApp_TransID = 0。 macTaskInit( taskID++ )。其采集的溫度范圍是 0 到 50 攝氏度，分辨率是 1 攝氏度，誤差范圍是正負(fù) 2 攝氏度。 ,Uart.h 該部分包括了串口 1 和串口 2 的初始化函數(shù)，進(jìn)行串口波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)格式設(shè)置等配置，還包含串口 1信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 和串口 2 的中斷處理函數(shù)，還包括一些串口收發(fā)函數(shù)，如發(fā)送字符串函數(shù) uart_send_string，發(fā)送字符函數(shù)，發(fā)送十六進(jìn)制字符函數(shù)等 ,Zl 該部分是來自周立功公司的 sja1000 CAN 總線控制器芯片的驅(qū)動(dòng)函數(shù)模塊，主要包含 SJA1000 的初始化，配置，收發(fā)等功能，以及一些 CAN 總線相關(guān)常變量的定義，該部分內(nèi)容都是 CAN 總線中與硬件配置無關(guān)的內(nèi)容， 與 CAN 總線硬件配置有關(guān)的內(nèi)容如復(fù)位引腳、中斷配置在單獨(dú)的文件中。 ZigBee 模塊： 作為網(wǎng)關(guān)，在與傳感器節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行通信時(shí)、使用 ZigBee 協(xié)議， ZigBee 模塊首先收集傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，然后通過串口或者 SPI 接口與主控制器 STC12LE5A60S2 進(jìn)行通信，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行上報(bào)，后者再對(duì)信息進(jìn)行緩存并選用合適的方式如 CAN 總線或者 485 總線或者串口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸?shù)缴弦粚印榱藵M足 GPRS 模塊對(duì)電源的要求，保證通信穩(wěn)定，此處采用MIC29302 芯片進(jìn)行穩(wěn)壓供電，該芯片具有低壓降（ ）、大電流（ 3A）等特點(diǎn)，并且輸出電壓可調(diào)，但價(jià)格過于昂貴，實(shí)驗(yàn)證明，采用開關(guān)型電壓芯片如LM2576 等也可以 為模塊供電并且工作正常。 數(shù)據(jù)輸入鍵盤模塊： 4*4 矩陣鍵盤，實(shí)現(xiàn)輸入十六進(jìn)制數(shù) 0 到 F，與功能鍵盤相同，本鍵盤也采用共用中斷方式連接到主控制器的外部中斷（ INT1）上，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，在中斷服務(wù)子程序中對(duì)按鍵進(jìn)行解碼。 圖 33上位機(jī)軟件截圖 2 網(wǎng)絡(luò)控制臺(tái)模塊 主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的顯示，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)概述。 上位計(jì)算機(jī)軟件和手持設(shè)備及人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將溫度、濕度等環(huán)境因素的信息傳到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后通過有 線（ RS232）或者無線（ GPRS）上傳到上位計(jì)算機(jī)，并且存入數(shù)據(jù)庫，然后通過 B/S 方式的簡(jiǎn)易信息管理系統(tǒng) 將數(shù)據(jù)展示給用戶，用戶也可以通過手機(jī)短信的方式與系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的交互。 LLC 子層主要功能包括：傳 輸可靠性保障和控制，數(shù)據(jù)包的分段與重組，數(shù)據(jù)包的順序傳輸。 系統(tǒng)硬件構(gòu)建難度和復(fù)雜度相對(duì)較低，以 Texas Instrument 為代表的各大半導(dǎo)體廠商為 ZigBee 開發(fā)生產(chǎn)了一系列的專用芯片，包括射頻前端放大器、無線收發(fā)器、片上系統(tǒng)等各種檔次不同類型的芯片，這些芯片的出現(xiàn)，極大的降低了構(gòu)建 ZigBee 應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜度和風(fēng)險(xiǎn)性。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近距離無線網(wǎng)絡(luò)通信信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 技術(shù)，這也包含了這種寓意。 WiFi 規(guī)定了協(xié)議的物理 (PHY)層和媒體接入控制 (MAC)層，并依賴 TCP/IP 作為網(wǎng)絡(luò)層。 目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始有部分城市開始使用基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)品，如濟(jì)南市的基于 ZigBee 的路燈照明控制系統(tǒng)。美國(guó)的加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)洛杉磯分校、麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)等 高校已經(jīng)進(jìn)行了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究。具有以下優(yōu)點(diǎn)。 RS485。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常運(yùn)行在惡劣，甚至危險(xiǎn)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位問題進(jìn)行了研究， 提出了一種新的節(jié)點(diǎn)定位算法，該算法不需要任何額外的硬件支持，節(jié)點(diǎn)間通信 開銷少。 流行的幾個(gè)版本包括：“ a” (波段為 ，帶寬為54Mbps)、“ b” (波段為 ，帶寬為 11Mbps)和“ g” (波段為 ，帶寬為 22Mbps)。根據(jù)最新的美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC)的定義，超寬頻系統(tǒng)的中心頻率高于 ，并具有至少 500MHz 的 10dB 頻寬。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 技術(shù)方案比較 圖 21各種短距離無線通信技術(shù)的比較 如圖 21 所示，對(duì)比各技術(shù)及 綜合 考慮 各種因素之后，我們決定采用 ZigBee技術(shù)作為本系統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)，主要原因有以下幾點(diǎn)： 成本低、功耗低、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全可靠。 子層支持多種 LLC標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，確定初始參數(shù)，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)鏈路向上傳輸數(shù)據(jù)。本模塊功能尚未實(shí)現(xiàn)，正在構(gòu)建中。本方案中為了節(jié)約 IO 口，采用了串行方案連接，只需要 3 根數(shù)據(jù)線 (CLK,DATA,RS)，由于手持設(shè)備一般采用電池供電，為了延長(zhǎng)電池壽命，增加了液晶的背光控制功能，能夠在空閑時(shí)自動(dòng)關(guān)閉液晶的背光燈，詳見電路圖。所以最好可以采用主電源供電。是對(duì)傳統(tǒng)的 GSM 業(yè)務(wù)的升級(jí)和延續(xù)， GPRS采用了分組交換方式而不是傳統(tǒng)的電路交換方式、并且使用的是一些不固定的空閑信道、所以影響用戶通話功能、數(shù)據(jù)采用包（ Packet）的方式進(jìn)行傳輸、通過SGSN GPRS 服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)和 GGSN GPRS 網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)的配合實(shí)現(xiàn)分組數(shù)據(jù)的傳輸。以上是整個(gè)網(wǎng)關(guān)部分程序設(shè)計(jì)的主要思路，即事件消息驅(qū)動(dòng)，緊急任務(wù)在中斷中執(zhí)行并迅速返回，其余任務(wù)在主循環(huán)中執(zhí)行，各個(gè)任務(wù)只執(zhí)行自己的任務(wù)，分工明確。終端節(jié)點(diǎn)的天線部分采用 PCB印刷平衡差分天線或者單端天線。 下面通過對(duì)代碼的分析具體說明協(xié)議棧的工作原理和流程： 入口函數(shù) ZMain，調(diào)用各部分初始化函數(shù) 創(chuàng)建任務(wù)隊(duì)列，進(jìn)行任務(wù)初始化 上圖代碼是協(xié)議棧任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)，其首先定義了一個(gè)任務(wù) ID 號(hào)變量，其值從 0void osalInitTasks( void ) { uint8 taskID = 0。首先向應(yīng)用程序框架注冊(cè)了一個(gè)端點(diǎn) (endpoint)，這里端點(diǎn) (endpoint)的概念類似于其他地方所說的端口的含義，然后向系統(tǒng)注冊(cè)了所有的按鍵消息，此處注冊(cè)時(shí)傳入了當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)ID(TaskID)，按鍵觸發(fā)后首先是有 hal 任務(wù) (硬件抽象層任務(wù) )進(jìn)行處理的，硬件抽象層任務(wù)根據(jù) TaskID 將按鍵消息投遞到注冊(cè)了按鍵消息的任務(wù)的消息隊(duì)列中。 ZDO_RegisterForZDOMsg( GenericApp_TaskID, End_Device_Bind_rsp )。 //返回未處理的消息 return (events ^ SYS_EVENT_MSG)。 Applications User’ s Guide[S].Texas Instrument. . [3] ZStack User39。 // Intentionally unreferenced parameter if ( events amp。 = (SimpleDescriptionFormat_t *)amp。 if defined ( ZIGBEE_FREQ_AGILITY ) || defined ( ZIGBEE_PANID_CONFLICT ) ZDNwkMgr_Init( taskID++ )。終端節(jié)點(diǎn)需要在通過軟件在空閑時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)功耗的降低。 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 38網(wǎng)關(guān)部分程序運(yùn)行示意圖 開始 初始化過程 ，依次是： IO 端口初始 化、串口初始化、 LCD102 顯示初始化、按鍵初始化、 CAN 總線協(xié)議控制器初始化、定時(shí)器初始化、無線模塊初始化 主程序循環(huán) 按鍵事件消息處理 網(wǎng)關(guān)間數(shù)據(jù)收發(fā)事件處理 無線模塊數(shù)據(jù)采集事件處理 顯示更新事件處理 數(shù)據(jù)上傳事件處理 (串口或 GPRS) 中斷處理函數(shù)： 主要包括串口中斷、按鍵中斷、 SPI數(shù)據(jù)接收中斷。如圖所示：手持終端可以通過無線與協(xié)調(diào)器連接，查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可以與終端節(jié)點(diǎn)直接通過無線通信，從而配置終端節(jié)點(diǎn)，彌補(bǔ)了上位機(jī)和 PC 監(jiān)控軟件無法移動(dòng)使用限制。 485 總線模塊： 485 總線是一種非常經(jīng)典和常見的總線技術(shù)，與本系統(tǒng)中采用的另一種現(xiàn)場(chǎng)總線 CAN 相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)。本系統(tǒng)中手持設(shè)備顯示部分使用的是 12864 液晶屏，該屏自帶中文字庫，可以方便的顯示文字信息，并且具有繪圖模式，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的菜單功能，在該手 持設(shè)備中我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)易的菜單，供用戶選擇調(diào)用相應(yīng)的功能，以及查看相關(guān)信息。當(dāng)發(fā)出指令改變某個(gè)部件當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，由于指令在網(wǎng)絡(luò)中有延遲，同時(shí)由于指令可能執(zhí)行失敗，最終該部件的狀態(tài)需要通過查詢得知，而不是直接切換，從而保證上位 機(jī)軟件與實(shí)際狀態(tài)的一致性。 用戶管理模塊 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)用戶的管理功能，包括用戶身份驗(yàn)證，增加用戶，刪除用戶，修改密碼，權(quán)限管理，用戶列表查看等。由于這是一款功能完備的片上系統(tǒng)芯片，所以它只需要很少的外圍器件即可工作，降低了復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。物理層的主要功能包括：激活和休眠射頻收發(fā)器，信道能量檢測(cè)，信道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示，空閑信道評(píng)估，收發(fā)數(shù)據(jù)。 ZigBee 技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有： 可靠 ：由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低、并且采用了休眠模式， ZigBee技術(shù)可以確保用兩節(jié)五號(hào)電池支持節(jié)點(diǎn)工作長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右的時(shí)間。紅外無線通信技術(shù)由于 其價(jià)格低廉，使用方便，解決了有線連接的許多不便，因而受到了家電設(shè)備廠商、電腦外圍設(shè)備商、以及通信設(shè)備廠商的高度重視，并吸引了大量資金來進(jìn)行相關(guān)的研究與開發(fā)。在其范圍內(nèi)，設(shè)備相互間可自動(dòng) 使用無線的方式連成一個(gè)微微網(wǎng) (Pico)，進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與確認(rèn)。目前，國(guó)外各大半導(dǎo)體公司都推出了各種使用不同應(yīng)用場(chǎng)合的無線通信解決方案，其中以德州儀器 TI 公司的產(chǎn)品線最為豐富，其 CC 系列射頻芯片包括了收發(fā)器、射頻前端放大、片上系統(tǒng)等，工作頻率覆蓋范圍廣，配套開發(fā)工具和軟件業(yè)非常完善。新節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入，而不對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)造成影響。目錄 1 石 河 子 大 學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 課題名稱： 棉田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院： 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí)： 電子信息工程 2020 級(jí) 指導(dǎo)教師： 職稱： 完成日期： 2020年 6 月 6 日 目錄 2 目錄 第一章、概述和介紹 ............................................................................................... 5 項(xiàng)目簡(jiǎn)介 .......................................................................................................... 5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................................................................. 7 第二章、技術(shù)選型及方案設(shè)計(jì) ......................