【正文】 網絡中起到承上啟下的功能，既要與監(jiān)測節(jié)點通信，接收監(jiān)測數據，還要跟協調器通信，將數據傳給協調器，為不能直接通信的各個節(jié)點提供無線中繼轉發(fā)功能，保證數據在傳輸過程穩(wěn)定順暢，使數據能夠順暢地傳送到協調上。 （ 4） Zigbee 協調器 為了減輕 Zigbee 網絡的負擔，每個監(jiān)測網絡只有一個協調器。協調器管理 整個網絡，也可作為路由器使用，它匯集了整個監(jiān)測網絡中傳感器采集的數據，并通過 USB 將這些數據傳到電腦上位機上，它是整個 Zigbee 無線網絡的網關，協調器也可以用來協助建立網絡中安全層和應用層的綁定 (bindings)。協調器的角色主要涉及網絡的啟動和配臵。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 16 （ 5）電腦上位機 電腦通過通過串口轉 USB 程序將電腦的串口進行設置，然后，協調器可以通過 USB數據線與電腦連接將傳感器采集的數據傳給電腦上位機程序。電腦上位機程序是由VC++程序編寫的一個數據輸出窗口，通過讀取串口緩存區(qū)得到采集的數據，最后，將數據從窗口 中輸出。 （ 6） Android 手機端 安卓終端是在 Android 開發(fā)環(huán)境中開發(fā)的一個手機應用程序。手機通過下載應用程序并安裝就可以接入網絡的設備。觀測者可以通過設置虛擬服務器，更改路由設置，然后手機通過 WiFi 使手機客戶端訪問這個 IP 地址，最后，與電腦上位機建立一個連接，將數據通過網絡傳送給手機客戶端，從而達到手機查看監(jiān)測數據。 系統(tǒng)的軟件設計 整個系統(tǒng)的軟件主要分為四個部分：數據采集處理、數據傳輸、數據存儲及分析和數據顯示。如圖 33 所示： 數據采集處理數據傳輸數據存儲及分析數據顯示 圖 33 軟件設計圖 （ 1）數據采集處理的軟件，主要包括單片機控制傳感器對數據的獲取、 A/D 轉換、數據儲存、與 Zigbee 通信等過程； （ 2）數據傳輸的軟件，一是實現無線傳感器網絡中各個節(jié)點之間的通信，二是實現數據集中器通過 GPRS 與外部服務器之間的通信等； （ 3）數據存儲及分析軟件，主要是實現將傳感器采集的數據進行管理、分析和存儲、提取等功能； （ 4）數據顯示的軟件主要制作一個上位機交互軟件，觀測者可以通過操作軟件了解空氣污染監(jiān)測的各種數據，包括歷史數據，實時數據， 及未來的變化趨勢等。 主要元器件的選用 CC2530 芯片 CC2530 是可以用于 、 Zigbee 應用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案。它能夠以非常低的成本建立強大的網絡節(jié)點。 CC2530 芯片是與 8051 內核兼容，它有 3齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 17 種內存器訪問總線。 CC2530 單片機使用單周期訪問 SER、 DATA、和主 SRAM。當 CC2530處于空暇模式時，任何中斷都可以使其恢復到主動模式。 CC2530 結合了領先的 RE 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型 8051CPU，系統(tǒng)內可編程閃存。 CC2530 有 32K、 64K、 128K、 256K 四種不同的閃存版本。 CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。除此之外， CC2530 具有一個 兼容無線收發(fā)器。 RF 內核控制模擬 無線模塊 。無線設備還包括一個 數據包過濾 模塊和地址識別模塊 [16]。 CC2530 引腳圖如圖 34 所示。 CC 2530GND1GND2GND3GND4P 1 _ 55P 1 _ 46P 1 _ 37P 1 _ 28P 1 _ 19DVDD 210P1_511P0_712P0_613P0_514P0_415P0_316P0_217P0_118P0_019RESET20RBIAS30AVDD 429AVDD 128AVDD 227RE _ N26RE _ P25AVDD 324XOSC _ Q 223XOSC _ Q 122AVDD 521DCOUPL40DVDD139P1_638P1_737P2_036P2_135P2_234P2_3/XOSC32K_Q233P2_4/XOSC32K_Q132AVDD631 圖 34 CC2530 引腳圖 ? AVDD1 到 AVDD6：電源（模擬）引腳， 2V– 模擬電源連接； ? DVDD1 、 DVDD2：電源（數字）引腳， 2V– 數字電源連接； ? DCOUPL ：電源（數字）引腳， 數字電源去耦，不使用外部電路供應； ? GND 1， 2， 3， 4：未使用的 引腳 連接到 GND； ? RESET_N：數字輸入復位，活動到低電平； ? XOSC_Q1：模擬 I/O 32MHz 晶振引腳或外部時鐘輸入； ? XOSC_Q2：模擬 I/O 32MHz 晶振引腳 2； ? RF_N： RF I/O RX 期間負 RF 輸入信號到 LNA； ? RF_P： RF I/O RX 期間正 RF 輸入信號到 LNA； ? P0_0 P0_ P1_0P1_ P2_0P2_4：數字 I/O 端口； ? P1_0、 P1_1：有 驅動能力； ? P2_ P2_4： kHz XOSC。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 18 傳感器 DHT11 溫濕度傳感器 DHT11 數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。傳感器有三部分組成：一個 是通過電阻變化的感濕器件，另一個是檢測溫度器件，還有一個 8 位主控制芯片 [17]。 DHT11 數字溫濕度傳感器具有質量好、響應快、抗干擾力強、性價比高等特點。由于體積不大和價格低廉，使其占有很好的市場優(yōu)勢。該產品為 4 針單排引腳封裝，如圖 35 所示 。 VCC1DATA2NC3GND4DHT 11 圖 35 DHT11 引腳圖 DHT11 參數如下： （ 1）可以檢測空氣的濕度和溫度； （ 2）濕度測量范圍： 21%到 91%RH； （ 3）溫度測量范圍： 0 度到 50 度； （ 4）工作電壓： ； （ 5）電源指示燈（紅色）。 MQ135 半導體空氣質量傳感器 MQ135 傳感器使用的氣敏材料是二氧化錫。二氧化錫在氣體中電導率很低，它的電導率與污染氣體的含量成正比。因此，可以利用電路檢測電導率的變化，最后將其轉換為該氣體濃度變化。 MQ135 氣體傳感器價格便宜，可以檢測出氨氣、 硫化物、 苯系蒸汽，對煙霧和其它有害物質的監(jiān)測也很靈敏。如圖 36 所示。 AO1DO2GND3VCC4MQ 135 圖 36 MQ135 氣體傳感器 MQ135 參數： 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 19 （ 1）檢測氣體：氨氣、硫化物、氫氣、苯系蒸汽等 （ 2）檢測濃度： 101000ppm （ 3）工作電壓： 177。 DC 本章小結 本章通過分析室內空氣質量檢測儀的需求，對基于 Zigbee 的室內空氣質量檢測儀的總體方案進行了規(guī)劃和設計。整個監(jiān)測系統(tǒng)分為三大部分：資源層、中間軟件層及應用層，并且分別介紹了系統(tǒng)的硬件組成部分和軟件組成部分。同時，還對主要元器件的基本知識和用法作了系統(tǒng)的講解。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 20 第 4 章 系統(tǒng)硬件設計 本章對室內空氣質量檢測儀的硬 件部分進行了系統(tǒng)的講解，包括最小系統(tǒng)的電路描述和各個單元電路的設計思路。不僅給出了各個單元電路的創(chuàng)作思路，而且展示了各個單元電路原理圖。通過本章描述，對實物有了系統(tǒng)性的認識。 最小系統(tǒng)設計 CC2530 的最小系統(tǒng)電路是由主芯片 CC25電源電路、時鐘電路、復位電路和天線電路組成。如圖 41 所示。 CC2530 芯片需要兩個晶振為其提供時鐘。一個是 XOSC_QXOSC_Q2 接 32MHz 晶振，一個是 P2_ P2_4 的第二功能接 晶振。 C C 2 5 3 0G N D1G N D2G N D3G N D4P 1 _ 55P 1 _ 46P 1 _ 37P 1 _ 28P 1 _ 19D V D D 21 0P1_511P0_712P0_613P0_514P0_415P0_316P0_217P0_118P0_019RESET20R B I A S3 0A V D D 42 9A V D D 12 8A V D D 22 7R E _ N2 6R E _ P2 5A VD D32 4X O S C _ Q 22 3X O S C _ Q 12 2A V D D 52 1DCOUPL40DVDD139P1_638P1_737P2_036P2_135P2_234P2_3/XOSC32K_Q233P2_4/XOSC32K_Q132AVDD631天 線V C CC 1C 2X T A L 1C 3C 4C 5C 6C 7C 8C 9C 1 0 R 1R 2R 3R 4X T A L 2開 關 圖 41 CC2530 最小系統(tǒng)電路圖 各單元電路設計 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 21 電源電路 電源電路可以采用 5V 電源通過 DCDC 變換器得到 工作電壓，輸入端電壓為5V， Vin 接一個電容 C1，然后再接地。輸出端電壓為 3V， Vout 接電容 C2，然后再接地。除此此外，還可以采用 2 節(jié) 5 號電池供電的方案，電源電路如圖 42 所示。 V i n1V o u t3GND2V o l t R e gC 1C 23 . 3 V5 V 圖 42 電源電路圖 時鐘電路 CC2530 芯片需要兩個晶振為其提供時：一個是 XOSC_Q XOSC_Q2 接 32MHz晶振，一個是 P2_ P2_4 的第二功能接 晶振。 時鐘源可以在一個精度高的晶體振蕩器和一個功耗低的 RC 振蕩器中交替選擇使用 。 32KHz 的 XOSC 被設計的工作頻率頻率是 并且可以為一些要求時鐘準確子系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的時鐘信號。32KHz 的 RCOSC 當校準后運行在 頻率下。兩個振蕩器不能同時工作。注意 ：RF 的收發(fā)操作是要以 32MHz 的晶體振蕩器為時鐘源才行 [18]。 時鐘電路 如圖 43 所示。 C C 2 5 3 0X O S C _ Q 22 3X O S C _ Q 12 2X T A L 2C 7C 8C C 2 5 3 0P 2 _ 3 / X O S C 3 2 K _ Q 23 3P 2 _ 4 / X O S C 3 2 K _ Q 13 2X T A L 1C 1C 2 圖 43 時鐘電路圖 天線及巴倫配置電路 巴倫，即平衡非平衡轉換器。巴倫在微波天線領域應用很廣，而且還有很大的發(fā)展齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 22 潛力與提升的空間。在 ZigBee 無線傳感網絡中，天線以及巴倫匹配電路非常重要，這不僅關系到射頻通路質量優(yōu)良程度，同時，對通信距離和系統(tǒng)功耗都有非常大的影響。天線設計可以使用 PCB 天線，如倒 F 天線、螺旋天線等，也可以使用 SMA 接口的桿狀天線，根據不同的應用來選擇 [19]。 天線及巴倫匹配電 路設計如圖 44 所示。 C C 2 5 3 0R E _ N2 6R E _ P2 5C 3C 4C 5C 6C 9R 3R 2天 線 圖 44 天線電路圖 傳感器電路 DHT11 傳感器模塊電路 DHT11 傳感器是