【文章內(nèi)容簡介】 和Zigbee RF4CE。另外，它提供了MCU和無線設備之間的一個接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動操作和確定無線設備事件的順序。無線設備還包括一個數(shù)據(jù)包過濾和地址識別模塊。Zigbee技術是一種雙向性無線短距離通信技術，具有通信距離短、能耗低、復雜度低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、制作成本低等諸多特點。雖然點對點之間的通信只有1075m的范圍。但是zigbee可以通過組網(wǎng),以多跳的方式來實現(xiàn)遠距離的通信。 LCD液晶顯示模塊帶中文字庫的128*64是一種具有4位/8位并行、2或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864，可以顯示84行16x16點陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。液晶屏的各引腳說明如下表41所示。液晶顯示接線如下圖410所示。表41 液晶屏的各引腳說明表管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1GND0V電源地2VCC+5V電源正3V0對比度(亮度)調整4D/IH/LD/I =“H”,表示DB7DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I =“L”,表示DB7DB0為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W=“L”,E=“H/L”, DB7DB0的數(shù)據(jù)被寫6EH/L使能信號714D0D7H/L三態(tài)數(shù)據(jù)線15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式 16NC空腳17RETH/L復位端，低電平有效 18NCLCD驅動電壓輸出端19LED1VDD背光源正端(+5V) 20LED2VSS背光源負端 圖410 液晶顯示接線圖第5章 系統(tǒng)軟件設計 Zigbee無線通訊協(xié)議終端節(jié)點的軟件主要實現(xiàn)以下功能：(1)數(shù)據(jù)采集功能：采集各個傳感器的輸出信號并進行數(shù)據(jù)分析存儲。(2)數(shù)據(jù)顯示功能：能夠在LCD上將采集處理后的傳感器數(shù)據(jù)實時顯示。每個不同類型的傳感器構成一個單獨的節(jié)點，液晶顯示當前環(huán)境下溫度(℃)、濕度(％RH)和煙霧強弱。(3)數(shù)據(jù)傳輸功能：采用標準的MODBUS協(xié)議通過上位機修改系統(tǒng)參數(shù)。(4)與無線模塊通訊：單片機將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以特定的波特率通過串口送到無線模塊發(fā)送[12]。Zigbee無線通訊協(xié)議程序流程圖如圖51所示。N有待處理事件？有節(jié)點加入網(wǎng)絡？初始化硬件初始化軟件配置 建立網(wǎng)絡給節(jié)點分配地址處理事件YYN開始 圖51 Zigbee無線通訊協(xié)議程序流程 溫濕度傳感器程序，在這里給出溫濕度傳感器采集信號的程序見附錄。 煙霧傳感器程序本論文中，對于煙霧傳感器主要解決的問題是檢測煙霧傳感器的煙霧濃度信號，然后對信號進行AD轉換，數(shù)字濾波，線性化處理，濃度強弱顯示。因為MQ2型煙霧傳感器在不通電存放一段時間后，再次通電時，傳感器需要一段時間預熱。程序初始化結束后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。其主程序流程圖如52所示。程序初始化傳感器預熱鍵盤掃描與鍵值處理A/D轉換平均值法濾波線性化處理進入警報處理程序濃度強弱顯示設置指示燈狀態(tài)Y是否超過報警開始N圖52 煙霧傳感器流程圖第6章 系統(tǒng)性能測試與評述 硬件測試電路板焊接完畢后，找出硬件整體上的錯誤，如接口松動、接觸不良，電源不穩(wěn)定等。(1)穩(wěn)定性測試：長時間運行系統(tǒng)檢查電源電壓，液晶顯示，傳感器，無線模塊等。經(jīng)測試系統(tǒng)各電源運行正常，電壓均在正常值范圍之內(nèi)；液晶顯示正常清晰無閃屏；傳感器工作正常，采樣的數(shù)據(jù)正確；無線模塊無死機現(xiàn)象。(2)硬件安全性：檢查各類接口，保證電路不出現(xiàn)短路等問題。長時間運行程序并檢查芯片工作情況與工作狀態(tài)(溫度、電壓等)。經(jīng)測試系統(tǒng)各接口運行正常[13]。 軟件測試(1)傳感器采樣程序測試，以1s或2s間隔頻率采集各個傳感器，連續(xù)采集24小時以上，觀察LCD顯示是否有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)。測試結果：采樣正常，數(shù)據(jù)可靠。(2)單片機與無線模塊通訊測試：單片機每采樣到一次傳感器信號，處理后及時將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線模塊，通過觀察電路板上的通訊指示燈觀察無線模塊是否接收到數(shù)據(jù)。測試結果：無線模塊接收正常。(3)人界操作界面程序測試：多次重復操作按鍵菜單，設置各個系統(tǒng)參數(shù)，查看程序是否跑死，分析是否有bug。測試結果：程序運行無錯誤，無死機現(xiàn)象。(4)上位機通訊程序測試：以1s間隔頻率發(fā)送命令(24小時以上)，查看系統(tǒng)是否能及時返回數(shù)據(jù)，返回數(shù)據(jù)是否正確。設置各個波特率，查看通訊是否正常。測試結果：通訊正常。調試接口如圖61所示。圖61 Zigbee調試接口第7章 結論與展望 結論隨著計算機軟硬件技術、網(wǎng)絡技術和工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)整合水平的不斷發(fā)展，對監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、數(shù)據(jù)接口的開放性以及數(shù)據(jù)鏈接的安全性的要求越來越高，有線控制網(wǎng)絡的局限性也越來越突出，無線的優(yōu)勢也越來越明顯。其中Zigbee短程無線網(wǎng)技術以其數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡易靈活、設備成本低、電池壽命長等優(yōu)勢，在工業(yè)控制領域中展現(xiàn)了深厚的發(fā)展?jié)摿2]。本論文以Zigbee無線通信技術為基礎，設計了無線家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，給出了總體的設計方案，同時還給出了硬件、軟件及上位機軟件的設計。所得到的系統(tǒng)易用、可擴展，基本達到了設計要求。 展望在本次設計中，盡管達到了設計的要求，但系統(tǒng)比較簡單，可移植性差，在外部環(huán)境復雜的實際生活中實用性不大。另外，本系統(tǒng)還有許多可改進的地方，比如說功耗方面，可以在電源管理程序和無線發(fā)射程序方面改進，以達到更節(jié)省能源的效果；本系統(tǒng)中使用的是串口將信息發(fā)送到管理中心，以后還可以通過無線發(fā)送到手機客戶端，以便人們無論在何處都能實時了解到環(huán)境的變化。還有報警方面做得還不夠完善，有待提高?？偨YZigbee無線傳感器網(wǎng)絡是基于Zigbee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡，是Zigbee協(xié)議與傳感技術的結合，是應用性非常強的技術，它具有耗資小、安裝方便、維護和更新費用低等優(yōu)勢，非常適合于對布線困難、人員不能到達的區(qū)域和一些臨時場合的狀況進行遠程監(jiān)控，如大型建筑的健康狀態(tài)監(jiān)控、空間探索、災害預測等，它在當前我國環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中有著巨大的應用潛力的。目前市場上的近距離無線通信技術有很多種，如無線局域網(wǎng)WiFi、藍牙、IrDA、UWB、RF等。經(jīng)過市場調研，發(fā)現(xiàn)Zigbee無線通信技術在在無線傳感網(wǎng)絡中占有廣泛的市場，具有低功耗、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡容量大、兼容性強、安全性高、成本低等特點。本設計采用了Zigbee技術實現(xiàn)無線網(wǎng)絡的搭建。經(jīng)過反復的測試，我們研制的無線網(wǎng)絡節(jié)點通信平臺已經(jīng)可以穩(wěn)定的運行，并且有較好的可靠性和擴展性。本次設計主要涉及到硬件設計和Zigbee協(xié)議編程兩方面的內(nèi)容。通過該設計，使得自己在學業(yè)上受益匪淺，它不僅要求我靈活應用以前所學的知識，也要求自己在工作中不斷學習和接受新知識，極大的鍛煉了自己獨立研發(fā)的能力，為今后的工作開創(chuàng)了新的前景。參考文獻[1] 葉朝輝,[J].計算機應用研究,2000.[2] 徐君麗,劉冀偉,[M].微計算機信息,2005.[3] 高守瑋,[M].北京航空航天大學出版社,2011.[4] [D].武漢科技大學,2009[5] Jane K,Hart,Kirk Sensor Networks：A revolution in the earth system —Science Reviews,2006.[6] [J].高等教育出版社,2010.[7] [M].華南理工大學出版社,2007 [8] [M].重慶大學出版社,2003 [9] [M].清華大學出版社,2002.[10] [M].清華大學出版社,2010.[11] [M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.[12] 孫利民,2005.[13] 陳玲,2004. 致謝在這次畢業(yè)設計中，楊明老師給了我很大的幫助。本篇論文是在楊老師的悉心指導下完成的，遇上的各種問題在他的指導下也都很好的解決了，他以嚴謹?shù)膶W術態(tài)度、廣博的專業(yè)知識、獨到的見解給予我精心的指導和幫助，并時刻督促我完成這次畢業(yè)設計，所以我要再次衷心感謝我的指導老師楊明老師，在此向老師表示深深的謝意!我還要感謝我的同學在四年的大學學習期間，不僅在學習上給予了我無私的幫助，在生活上也給我留下了美好的回憶。在這次畢業(yè)設計中也給我很大的幫助。最后我特別要將誠摯的謝意獻給我的家人，感謝他們多年來對我的關愛、理解和支持。正是他們自始至終的支持和鼓勵，我才能夠順利完成學業(yè)。 附錄附錄A 外文文獻A Coal Mine Environmental Monitor System with Localization STATUSAs an important energy, coal plays a pivotal role in the economic development. Coal mine monitoring system, is the important guarantee for coal mine safety and high efficiency production. In order to ensure the safe operation, the installation of environment monitoring node in tunnels to realtime detection is very important. However, monly used traditional monitoring node wired connection to obtain munication with the control system, this node exist wiring difficulties, expensive and other shortings. In contrast, wireless sensor node can be easily with current mine monitoring network connection, and good patibility, facilitate constituted mine gas monitoring network, to suit various size of mine applications. Since wireless nodes are battery powered, so pletely out of the shackles of the cable, shorten the construction period can be arranged at any time where the need to use.The Zigbee wireless munication technology is used in this coal mine environmental monitor system. This is a new shortrange, low plexity, low power, low data rate, lowcost twoway wireless munication technology. Now, wireless sensor network product based on Zigbee technology are quantity and variety, but the real product can be applied in underground environments of special sensor node is very few. The sensor node that we designed in the system is truly able to apply to inwell environment, it through the wireless sensor node security certification. At the same time, due to the special nature of the wireless network is that it can spread the wireless signal, we can easily locate staff for coal mine safety monitoring provides more protection.II. SYSTEM ARCHITECTUREThis system is a prehensive monitoring system which is bined with software and hardware. Hardware part includes wireless mobile nodes and fixed nodes which were deployed in the underground tunnel, the