【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 宏亮，同時(shí)，蜂鳴器中有電流流過(guò)，從而產(chǎn)生報(bào)警聲音；當(dāng) BEEP為 0 時(shí)，三極管截止，蜂鳴器 的兩管腳電壓接近于 0V，蜂鳴器 11 不發(fā)出聲響。所以，當(dāng)瓦斯正常是， BEEP 處信號(hào)為 0。不發(fā)出報(bào)警。 瓦斯超標(biāo)時(shí)就是發(fā)出報(bào)警。 液晶顯示電路 帶中文字庫(kù)的 12864是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3線串行多種接口方式 。 表 32 12864 液晶 模塊接口說(shuō)明 ： 引腳 名稱(chēng) 說(shuō)明 引腳 名稱(chēng) 說(shuō)明 1 VSS GND（ 0V） 11 DB4 數(shù) 據(jù) 4 2 VDD + 12 DB5 數(shù) 據(jù) 5 3 VO 懸空 13 DB6 數(shù) 據(jù) 6 4 RS (CS) H: Data L: Instruction 14 DB7 數(shù) 據(jù) 7 5 R/W (SID H: Read L: Write 15 PSB H: Parallel L: Serial 6 E (SCLK) Enable Signal 16 NC 懸空 7 DB0 數(shù) 據(jù) 0 17 RST Reset Signal 8 DB1 數(shù) 據(jù) 1 18 NC 懸空 9 DB2 數(shù) 據(jù) 2 19 LEDA 背光源負(fù)極（ LEDOV） 10 DB3 數(shù) 據(jù) 3 20 LEDK 背光源正極（ LED+5v） 12 LCD12864 內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí) 簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊 ，其 顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 在本課設(shè)中用于瓦斯?jié)舛鹊娘@示，其接口引腳如下表二所示。 如下圖 所示， 電源部分采用電池供電和電源供電兩種供電方式，用戶(hù)可以自行選擇。電池供電采用 2 節(jié) ，由于系統(tǒng)主板要求電源電壓是 ，輸入電壓不能小于 ，若電池電量降低供電電壓會(huì)低于 ，為了最大限度使用電池，需要使用 BOOST 電源芯片 SP6641 將 3V的電池電壓轉(zhuǎn)換成 ，然后使用線性電源芯片 SP6201 過(guò)濾開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的紋波電壓。電源供電方式，由于其輸入電壓為 5V，同樣需要轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的，這里采用線性電源芯片 AM1117 來(lái)完成電壓的轉(zhuǎn)換。這種供電方式一般用于調(diào)試階段 。 AMS1117— 三 是 端可調(diào)或固定電壓 ， 輸出電流為1A， 線路調(diào)整率 ： %（最大）負(fù)載調(diào)整率： %（最大）封裝類(lèi)型 ： SOT223。 輸出電壓： ~。 13 圖 電源部分 無(wú)線發(fā)射模塊 Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其技術(shù)方案介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間，主要用于近距離 無(wú)線連接。由于其低功耗、高可靠性、短時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)容量大、高安全性、 高保密性等優(yōu)點(diǎn)在 2020 年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最廣闊的十大技術(shù)之一。 Zigbee 技術(shù)的特點(diǎn)有： （ 1） 低功耗：由于 Zigbee 的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為 1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此 Zigbee 設(shè)備非常省電。據(jù)估算， Zigbee 設(shè)備僅靠?jī)晒?jié) 5 號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右的使用時(shí)間，這是其它無(wú)線設(shè)備望塵莫及的。 （ 2） 成本低： Zigbee 模塊的初始成本在 6 美元左右，估計(jì)很快就能降到 ~ 美元，并且 Zigbee 協(xié)議是免 除 專(zhuān)利費(fèi)的。低 14 成本對(duì)于 Zigbee 也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 （ 3） 時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延 30ms，休眠激活的時(shí)延是 15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為 15ms。因此 Zigbee 技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無(wú)線控制 (如工業(yè)控制場(chǎng)合等 )應(yīng)用。 （ 4） 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多 100個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 （ 5） 可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。 MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。 （ 6） 安全： Zigbee 提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn) (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(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性?；谝陨咸攸c(diǎn)， Zigbee 網(wǎng)絡(luò)成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選，它非常適宜于在工礦環(huán)境下構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)。由于其微功耗、容量大、安全可靠， 本課設(shè) 選擇使用 Zigbee 技術(shù)研發(fā) 建立 Zigbee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?Zigbee 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 Zigbee協(xié)議棧支持網(wǎng)狀、樹(shù)狀和星型網(wǎng)絡(luò)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖 所示。本課題考慮到所有采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都集中到協(xié)調(diào)器，所以采用星型網(wǎng)絡(luò)，具體布網(wǎng)的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境和地形采用合適的拓?fù)溥B接。 15 圖 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在網(wǎng)狀和樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校?Zigbee 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，選擇某些關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò) Zigbee 路由器進(jìn)行擴(kuò)展。 星狀連接 網(wǎng)狀連接 網(wǎng)咯拓?fù)? 圖 網(wǎng)咯拓?fù)鋱D 協(xié)調(diào)器 路由器 /終端節(jié)點(diǎn) 井底 井外 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò) 瓦斯傳感 節(jié)點(diǎn) 瓦斯傳感 節(jié)點(diǎn) 瓦斯傳感 節(jié)點(diǎn) 瓦斯傳感 節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)關(guān) 監(jiān)控室 16 在樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)中，路由器使用一個(gè)分級(jí)路由策略在網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)和控制信息。當(dāng)在礦井的巷道中布置網(wǎng)絡(luò)時(shí)，受礦井特殊環(huán)境和Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的特性的影響， 本系統(tǒng)采用多跳 傳遞方式輸出數(shù)據(jù)。Zigbee 節(jié)點(diǎn)通過(guò)多個(gè)路由器將信號(hào)從井下傳出。 Zigbee 節(jié)點(diǎn)間的距離大概為 70~100 米，具體網(wǎng)絡(luò)布置 如圖 所示，如果 在檢測(cè)區(qū)域中有盲點(diǎn)， 可以通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)的辦法來(lái)解決。 圖 井下巷道節(jié)點(diǎn)布置 本次課設(shè)射頻模塊采用的核心芯片 CC2530。它內(nèi)部包含了一個(gè)工業(yè)級(jí)小巧高效的 8051 控制器和一個(gè)高性能 DSSS(直接序列擴(kuò)頻 )射頻收發(fā)器。 CC2530 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了 Zigbee 射頻 (RF)前端、內(nèi)存和微控制器，其片內(nèi)資源 如下 圖 所示 。從圖中可看出 CC2530 使用了 1 個(gè) 8 位 MCU(8051)，具有 128KB 可編程閃存和 8KB的 RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)、兩個(gè)定時(shí)器 (Timer)、 AES128 協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器 (Watchdog timer)、 32kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路 (Power On Reset)、掉電檢測(cè)電路 (Brown out detection)，以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳。 CC2530 芯片采用 17 m CMOS 工藝，在接收模式下電流損耗低于 27mA，在發(fā)射模式下電流損耗低于 25mA。 CC2530 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC2530 芯片采用 QLP 封裝，共有 48 個(gè)引腳。全部引腳可分為I/O 端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類(lèi)。 圖 CC2530 片內(nèi)資源 8 輸入8~14 位ADC AES128安全協(xié)處理器 16 位定時(shí)器 1 串行通信接口 2 ZigBee MAC 定時(shí)器 2 8 位定時(shí)器 3 無(wú)線處理器寄存器 CSMA/CA處理器 無(wú)線數(shù)據(jù)分析界面 解調(diào)器 AGC 調(diào)制器 FIFO結(jié)構(gòu)管理控制 I/O接口