【正文】 網(wǎng)絡(luò)中起到承上啟下的功能，既要與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通信，接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，還要跟協(xié)調(diào)器通信，將數(shù)據(jù)傳給協(xié)調(diào)器，為不能直接通信的各個節(jié)點(diǎn)提供無線中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，保證數(shù)據(jù)在傳輸過程穩(wěn)定順暢，使數(shù)據(jù)能夠順暢地傳送到協(xié)調(diào)上。 （ 4） Zigbee 協(xié)調(diào)器 為了減輕 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，每個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)只有一個協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器管理 整個網(wǎng)絡(luò)，也可作為路由器使用，它匯集了整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中傳感器采集的數(shù)據(jù)，并通過 USB 將這些數(shù)據(jù)傳到電腦上位機(jī)上，它是整個 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定 (bindings)。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動和配臵。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 5）電腦上位機(jī) 電腦通過通過串口轉(zhuǎn) USB 程序?qū)㈦娔X的串口進(jìn)行設(shè)置，然后，協(xié)調(diào)器可以通過 USB數(shù)據(jù)線與電腦連接將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳給電腦上位機(jī)程序。電腦上位機(jī)程序是由VC++程序編寫的一個數(shù)據(jù)輸出窗口，通過讀取串口緩存區(qū)得到采集的數(shù)據(jù)，最后，將數(shù)據(jù)從窗口 中輸出。 （ 6） Android 手機(jī)端 安卓終端是在 Android 開發(fā)環(huán)境中開發(fā)的一個手機(jī)應(yīng)用程序。手機(jī)通過下載應(yīng)用程序并安裝就可以接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。觀測者可以通過設(shè)置虛擬服務(wù)器，更改路由設(shè)置，然后手機(jī)通過 WiFi 使手機(jī)客戶端訪問這個 IP 地址，最后，與電腦上位機(jī)建立一個連接，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給手機(jī)客戶端，從而達(dá)到手機(jī)查看監(jiān)測數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 整個系統(tǒng)的軟件主要分為四個部分：數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲及分析和數(shù)據(jù)顯示。如圖 33 所示： 數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)存儲及分析數(shù)據(jù)顯示 圖 33 軟件設(shè)計(jì)圖 （ 1）數(shù)據(jù)采集處理的軟件，主要包括單片機(jī)控制傳感器對數(shù)據(jù)的獲取、 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)儲存、與 Zigbee 通信等過程； （ 2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?，一是?shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)之間的通信，二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中器通過 GPRS 與外部服務(wù)器之間的通信等； （ 3）數(shù)據(jù)存儲及分析軟件，主要是實(shí)現(xiàn)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析和存儲、提取等功能； （ 4）數(shù)據(jù)顯示的軟件主要制作一個上位機(jī)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(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時數(shù)據(jù)， 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(yīng)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 CC2530 芯片是與 8051 內(nèi)核兼容，它有 3齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 種內(nèi)存器訪問總線。 CC2530 單片機(jī)使用單周期訪問 SER、 DATA、和主 SRAM。當(dāng) CC2530處于空暇模式時，任何中斷都可以使其恢復(fù)到主動模式。 CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的 RE 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)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(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)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(nèi)核控制模擬 無線模塊 。無線設(shè)備還包括一個 數(shù)據(jù)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(shù)字）引腳， 2V– 數(shù)字電源連接； ? DCOUPL ：電源（數(shù)字）引腳， 數(shù)字電源去耦，不使用外部電路供應(yīng)； ? GND 1， 2， 3， 4：未使用的 引腳 連接到 GND； ? RESET_N：數(shù)字輸入復(fù)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(fù) 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(shù)字 I/O 端口； ? P1_0、 P1_1：有 驅(qū)動能力； ? P2_ P2_4： kHz XOSC。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 傳感器 DHT11 溫濕度傳感器 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。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(shù)字溫濕度傳感器具有質(zhì)量好、響應(yīng)快、抗干擾力強(qiáng)、性價比高等特點(diǎn)。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(chǎn)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(shù)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(dǎo)體空氣質(zhì)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(dǎo)率很低，它的電導(dǎo)率與污染氣體的含量成正比。因此，可以利用電路檢測電導(dǎo)率的變化，最后將其轉(zhuǎn)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(zhì)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(shù)： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jié) 本章通過分析室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的需求，對基于 Zigbee 的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的總體方案進(jìn)行了規(guī)劃和設(shè)計(jì)。整個監(jiān)測系統(tǒng)分為三大部分：資源層、中間軟件層及應(yīng)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章對室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的硬 件部分進(jìn)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(shè)計(jì)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(shí)物有了系統(tǒng)性的認(rèn)識。 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) CC2530 的最小系統(tǒng)電路是由主芯片 CC25電源電路、時鐘電路、復(fù)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(guān) 圖 41 CC2530 最小系統(tǒng)電路圖 各單元電路設(shè)計(jì) 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)的工作頻率頻率是 并且可以為一些要求時鐘準(zhǔn)確子系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的時鐘信號。32KHz 的 RCOSC 當(dāng)校準(zhǔn)后運(yùn)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(zhuǎn)換器。巴倫在微波天線領(lǐng)域應(yīng)用很廣，而且還有很大的發(fā)展齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 潛力與提升的空間。在 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，天線以及巴倫匹配電路非常重要，這不僅關(guān)系到射頻通路質(zhì)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(shè)計(jì)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(jù)不同的應(yīng)用來選擇 [19]。 天線及巴倫匹配電 路設(shè)計(jì)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