【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)境的實際狀況進(jìn)行設(shè)定，例如：當(dāng)環(huán)境溫度高于我們設(shè)定的上限時，此時，蜂鳴器報警，風(fēng)扇使能。如 果一切正常，則蜂鳴器和風(fēng)扇都處于非使能狀態(tài)，三軸加速作為輔助的信息利用。 獲取的數(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)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體描述如下表。 表 31 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體 結(jié)構(gòu)體名 成員類型 成員名 功能描述 storage_goods_info unsigned char goods_type 物品類型 unsigned int goods_count 物品數(shù)量 storage_info unsigned char storage_status 倉庫開關(guān)狀態(tài) led_status 倉庫 LED 狀態(tài) buzzer_status 倉庫 Buzzer 狀態(tài) fan_status 倉庫風(fēng)扇狀態(tài) seg_status 倉庫數(shù)碼管狀態(tài) signed char x 倉庫采集端三軸狀態(tài) y z 6 char samplingTime[20] 采集數(shù)據(jù)的時間 float temperature 倉庫當(dāng)前溫度 temperatureMAX 倉庫溫度上限 temperatureMIN 倉庫溫度下限 humidity 倉庫當(dāng)前濕度 humidityMAX 倉庫濕度上限 humidityMIN 倉庫濕度下限 illumination 倉庫當(dāng)前光照 illuminationMAX 倉庫光照上限 illuminationMIN 倉庫光照下限 storage_goods_info goods_info[GOODS_NUM] 采集貨物信息 env_info_clien_addr storage_info storage_no[STORAGE_NUM] 所以倉庫實時信息 storage_no int table_select_mask env_operation_mask table_operation_mask goods_operation_mask msg long types 消息隊列里的消息類型 msgtype 區(qū)別消息的類型 unsigned char text[QUEUE_MSG_LEN] 消息正文長度 數(shù)據(jù)傳輸方案 在本系統(tǒng)設(shè)計中，主要數(shù)據(jù)采用無線通信的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，采用了 Zigbee 對于所采集到的環(huán)境信息和物品信息傳輸?shù)姆桨浮? Zigbee： ZICM2410 模塊 遵循 Zigbee 國際的 標(biāo)準(zhǔn)，其特點如下： 低功耗，低速率，網(wǎng)絡(luò)路由功能強(qiáng)大，自恢復(fù)及冗余性能優(yōu)異，高可靠性等 。每個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅本身可以作為監(jiān)控對象，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 (FFD)還可在自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點 (RFD)無線連接。因此，利用 Zigbee 作為本設(shè)計的傳輸方案，用來實7 現(xiàn) M0 終端采集數(shù)據(jù)的傳輸，并且完成多點同時監(jiān)控，個節(jié)點可以相互控制的功能。 數(shù)據(jù)保存方案 前端 M0 采 集的數(shù)據(jù)保存方案：采用數(shù)據(jù)庫 sqlite3。其優(yōu)點是其不需要任何數(shù)據(jù)庫引擎，使用者不用安裝數(shù)據(jù)庫就可以用 sqlite 來保存本設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)，溫濕度，光照，物品信息等等，因此該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫 sqlite3。 主控制處理器的選取 主控制處理器選擇了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14?；?ARM CortexM0 內(nèi)核的 LPC11C14 是 ARM CortexM0 系列低功耗、低成本、的 32 位處理器，并且 相比其它的ARM 內(nèi)核處理器主頻低的多，它的 最高主頻可以工作到 50MHz。其在 保證功能完善的情 況下所需的功耗是相當(dāng)?shù)偷摹?處理數(shù)據(jù)的速度快，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，因此本設(shè)計采用了 CortexM0 作為數(shù)據(jù)采集終端 。 4 系統(tǒng)硬件架構(gòu) 系統(tǒng)整體設(shè)計 M0 終端負(fù)責(zé)對當(dāng)前環(huán)境信息 (溫度、濕度、光照等 )進(jìn)行采集，初步對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理打包并通過無線通信設(shè)備 Zigbee 發(fā)送給 CortexA8(以下簡稱 A8 服務(wù)器 )， A8 服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后給 M0 終端發(fā)送指令實時響應(yīng)各種操作。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。 數(shù)據(jù)采集終端 M0 與 A8 服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互采用的 Zigbee 無線通信設(shè)備， Zigbee 與M0 終端之間的銜接采用的是串行外設(shè)接口 (SPI) 總線、 UART 轉(zhuǎn) USB（ PL2303HX 芯片）。該設(shè)備具有功耗低、低速率、低本低、高可靠性、自恢復(fù)及冗余性能優(yōu)異、網(wǎng)絡(luò)路由功能強(qiáng)大等特點，并且具有良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適合本設(shè)計的要求。多個 Zigbee 節(jié)點便于組成無線通信網(wǎng)。 8 圖 41 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計 在本設(shè)計中，所涉及到的硬件設(shè)計包括： DHT10 數(shù)字溫濕度傳感器電路設(shè)計， ISL29003光照傳感器電路設(shè)計， Zigbee 無線通信設(shè)備 ZICM2410 電路設(shè)計以及 CY14443 射頻模塊電路設(shè)計。 主控制處理器 本設(shè)計中主控制處理器選擇了 NXP Semiconductors 的 LPC11C14基于 ARM CortexM0內(nèi)核的 LPC11C14， 它是一個低功耗，低成本，最高工作頻率 50MHz（實際工作頻率 48MHz），32 位的 3 級流水線 RISC 處理器， Cortex— M0 屬于 ARMv6M 架構(gòu)， 1 顆專為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的 ARM 核、可選的喚醒中斷控制器 WIC、緊耦合的可嵌套中斷微控制器 NVIC，還有基于 AMBA 結(jié)構(gòu)的 AHBlite 總 線和基于 CoreSight 技術(shù)的 SWD 或 JTAG 調(diào)試接口，增加其擴(kuò)展性能。具有全新的硬件除錯單元，很強(qiáng)的的抗干擾能力。 9 圖 42 LPC11C14 引腳圖 Zigbee 模塊 ZICM2410 芯片 電路設(shè)計 本設(shè)計采用 Zigbee 進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸，芯片選擇了 ZIC2410，其作為兼容 Zigbee 的核心硬件處理芯片，在完成無線通信、 Zigbee 組網(wǎng)，數(shù)據(jù)收發(fā)及處理，等運行中，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其內(nèi)核芯片 ZIC2410 遵從 Zigbee 規(guī)范和 標(biāo)準(zhǔn)，是一個真正的單芯片解決方案，包括一個 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 存儲器）。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗，精選最常用的片內(nèi)外設(shè)，包括多個通用 I/O 引腳、定時器、 UART， SPI 等，獨有的 IIS/SPI/UART 輸入輸出接口，結(jié)合其擴(kuò)展的 500kbps 或 1Mbps 的無線傳輸數(shù)率，可以滿足廣大的無線應(yīng)用。模塊的高度集成極大的簡化了設(shè)計、降低了功耗，節(jié)約了整個系統(tǒng)的成本。 10 圖 43 ZICM2410 原理圖 CY14443 射頻 電路設(shè)計 本設(shè)計射頻識別模塊采用 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。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路就可以工作，支持 UART 接口 (C)， IIC 接口 (U)，或者 SPI 接口 (P),數(shù)字電路具有TTL、 CMOS 兩種電壓工作模式。特別適用于 ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)下計費系統(tǒng)或身份識別系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。 圖 44 CY14443/SPI 原理圖 11 圖 45 CY14443 射頻模塊工作時 序圖 溫濕度模塊電路設(shè)計 在本設(shè)計中，測溫模塊的主要器件選取的是 DHT10 數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。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期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機(jī)相連接。它具有成本低，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。 采用簡化的單總線通信，主機(jī)通過特定的時序?qū)ζ溥M(jìn)行訪問，一次傳送給主機(jī) 40 位數(shù)據(jù)，高位先出，其數(shù)據(jù)格式如下。 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) 校驗位 圖 46 DHT11 原理圖 12 光照傳感器 ISL29003 模塊電路設(shè)計 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 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。 圖 47 ISL29003 原理 5 系統(tǒng)軟件建構(gòu) 開發(fā)環(huán)境搭建 搭建基本的環(huán)境，包括 Keil， Colink 仿真器配置工具， CoMDKPlugin 插件，嵌入式 IAR Embedded Workbench IDE 提供一個框架，任何可用的工具都可以完整地嵌入其中， Zigbee工具的安裝。其中 Keil 軟件作為主要的工具，為測試的模塊提供編譯，下載等條件。 （ 1） Keil 環(huán)境搭建： keil uvision4 是一款具有強(qiáng)大內(nèi)置編輯器的多內(nèi)核編譯調(diào)試環(huán)境，keil uvision4 具有靈活的窗口管理系統(tǒng) ,支持多臺監(jiān)視器，開發(fā)人員可以完全控制任何地方。 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。 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、外部工具和源碼級調(diào)試器等。 keil uvision4 主界面如下圖所示。 13 圖 51 keiluv4 主界面 （ 2） IAR Embedded Workbench IDE 搭建 ： 8 位、 16 位以及 32 位的微處理器和微控制器都用使用嵌入式 IAR Embedded Workbench 適用，它為用戶提供項目需要的開發(fā)環(huán)境。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，以及對大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持。通過 IAR 工具，用戶可以大大節(jié)省工作時間提高用戶的工作效率。實現(xiàn)“不同架構(gòu)，同一解決方案”的理念。點擊該軟件安裝，進(jìn)入安裝界面如下圖。并選擇綠色標(biāo)記的選項，按照提示完成安裝。 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。 14 軟件整體設(shè)計 在整體軟件設(shè)計采用 C 語言編寫 , 實現(xiàn) CortexM0 的各項功能。編程的程序包括：初始化程序、主程序、定時中斷服務(wù)程序、各子程序模塊等。采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計按照一定的邏輯來編寫，主要目的是為了方便程序調(diào)試和提高可靠性。 本系統(tǒng)主要分為：前端數(shù)據(jù)中心 (A8)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端 (M0)。具體過程為。 （ 1） M0 終端全天 24 小時采集溫度、濕度、光感數(shù)據(jù)等環(huán)境參數(shù)，記錄物品刷卡信息 ； （ 2） 無用 Zigbee 無線通信方式 把采集到的環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)和物品信息發(fā)送給 A8 服務(wù)器； （ 3） 數(shù)據(jù)接收由 A8 的 M0 線程負(fù) 責(zé)，并激活數(shù)據(jù)庫線程對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的處理，再根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行判斷處理進(jìn)行如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則進(jìn)行報警； （ 4） 通過 Zigbee 技術(shù)建立信息采集網(wǎng)。用戶可查詢數(shù)據(jù)歷史記錄，也可向各個監(jiān)控點發(fā)送查詢命令，查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)信息 。 C o r t e x M 0 初 始 化數(shù) 據(jù) 是 否 有 效打 包數(shù) 據(jù)采 集 數(shù) 據(jù)Z i g B e e 發(fā) 送數(shù) 據(jù)溫 度 、 濕 度 、 光 度 、 三軸 加 速 度 、 電 量 、 A D C主 程 序（ w h i l e ）Y E S拆 包 數(shù) 據(jù)采 集 磁 卡 數(shù) 據(jù)Y E S數(shù) 據(jù) 是 否 有 效Y E SY E S關(guān) 閉 M 0 自 動 控 制 ，改 為 A 8 M 0 控 制風(fēng) 扇 蜂 鳴 器L E D 數(shù) 碼 管不 同 命 令 控制 不 同 設(shè) 備Z i g B e e 接 收數(shù) 據(jù) 中 斷M 0 自 動控 制打 開 M 0 自 動 控制 且 數(shù) 據(jù) 有 效風(fēng) 扇蜂 鳴 器不 同 命 令