【正文】 器 /鏈路質(zhì)量指示； 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性； 硬件支持避免沖突的載波偵聽多路存取 CSMA/CA 功能； 具有 8 路輸入的 8~14 位 ADC； 高級加密標(biāo)準(zhǔn)（ AES）協(xié)處理器； 支持硬件調(diào)試； 2 個通用的 I/O 引腳，其中 2 個具有 20mA 的電流吸收或電流供給能力。 溫濕度傳感器 SHT10 SHT10 引腳功能 SHT10 溫濕度傳感器的引腳 排列如下圖 所示。 圖 44 SHT10引腳 排列 傳感器的 DATA 引腳和 SCK 引腳連接到主機(jī)的 和 上， SCK 引腳是傳感器的時序輸入，主機(jī)可通過 口輸出高低變換的時序控制傳感器的工作；DATA 引腳為傳感 器的雙向數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，用來向傳感器發(fā)送命令或者讀取采集的溫 度值。 SHT10 介紹 SHT10 是瑞 士 Sensirion 公司推出的新型溫濕度傳感器。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起 ,因此，該傳感器具有比其它 類型的溫濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而 A/D 轉(zhuǎn)換的同時完成，則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只溫濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過 I2C 總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從而減少了接口電路的硬件成本，簡化了接口方式。 SHT10 具有以下 特點： ，響應(yīng)速度快； 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 18 （只有 30uW），自動休眠； 性； ，數(shù)字輸出，不需要 AD 轉(zhuǎn)換； 。 各模塊電路設(shè)計 網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)器 電路設(shè)計 協(xié)調(diào)器節(jié)點由 主芯片 CC2430 和串行接口組成， 負(fù)責(zé)組網(wǎng)并接收所有節(jié)點的溫濕度信息，并將接收到的數(shù)據(jù)全部上傳至監(jiān)控主機(jī) 。 硬件框圖 如下： 圖 45 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 硬件框圖 終端節(jié)點電路設(shè)計 終端節(jié)點負(fù)責(zé)采集智能變電站各個節(jié)點的溫濕度，并將數(shù)據(jù)傳送給父節(jié)點，由CC2430 主控芯片和 SHT10 溫濕度傳感器組成， 硬件框圖 如下： 圖 46終端節(jié)點 硬件框圖 串行接口 CC2430 電源模塊 上位機(jī) 溫濕度傳感器 通用接口 CC2430 電源模塊 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 19 5 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 系統(tǒng)軟件平臺 本次設(shè)計的系統(tǒng)所需要的軟件環(huán)境 有 ： 機(jī)操作系統(tǒng) WinXP； Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 smartrf flash programmer； 監(jiān)控程序。 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 圖 51 IAR Embedded Workbench 開發(fā)環(huán)境 打開一個 新工程的界面， 并添加新文件 如圖 51 所示。 IAR Embedded Workbench 是全球 領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)供應(yīng)商IAR Systems 開發(fā)的著名的 C 編譯器，支持眾多知名半導(dǎo)體公司的微處理器。是一個非常有效的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)， 它使用戶充分有效地開發(fā)并管理嵌入式應(yīng)用工程 。 作為一個開發(fā)平臺 ， 它具備任何在用戶每天的工作地方所想要的特性。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 ， 這些工具包括 ： IAR AVR C/C++編譯器 ； IAR 匯編器 ； IAR XLINK Linker； ； ； 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 20 ； 。 TI Smartrf Flash Programmer 介紹 本 設(shè)計 燒寫 CC2430 程序的 軟件為 TI 公司提供 smartrf flash programmer。 該燒寫器 可以 對 CC2430 的存儲區(qū)進(jìn)行查處、燒寫校驗等操作，而且對存儲的地址單位的 8 個字節(jié)進(jìn)行 IEEE 地址燒寫。 打開 smartrf flash programmer， 它的主界面如圖 52 所示。 圖 52 smartrf flash programmer主界面 將 仿真器與 CC2430 模塊連接好，復(fù)位仿真器， Flash image 為 hex 文件路徑，選擇找到 已 生成的 hex 文件，點擊 perform actions 并 將程序燒寫進(jìn) CC2431 芯片。燒寫成功后界面如圖 53 所示。 燒 圖 53 燒寫成功后界面 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 21 串口助手介紹 本 設(shè)計 需要通過串口助手觀察 組網(wǎng)情況 。 將波特率配置為 57600，十六進(jìn)制顯示和按十六進(jìn)制發(fā)送前面的復(fù)選框給勾掉， 串口號的選擇 根據(jù)連接情況 而定， 其他保持為默認(rèn)值，確認(rèn) 串口線與 PC 機(jī)連接正確。 串口助手 界面如圖 54 所示。 圖 54 串口 助手界面 Labview 介紹 LabView 是美國國家儀器公司基于 G 語言開發(fā)的一種虛擬儀器平臺。提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲庫函數(shù)以及包括 DAQ, GPIB, PXI, VXI,RS2321 在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有函數(shù)功能 [8]。同時 LabVieW 還具有直觀的圖形化開發(fā)環(huán)境，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的可視化顯示功能，完備的儀器驅(qū)動程序，完善的外部接口和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等特點。本系統(tǒng)正是利用 Labview 的虛擬儀器技術(shù)對溫濕度傳感器的信號進(jìn)行采集。將采集到的數(shù)據(jù)利用多個無 線路由器傳送 到 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，通過協(xié)調(diào)器與 PC 監(jiān)控計算機(jī)通訊，在 LabView 環(huán)境下實現(xiàn)對變電站中的溫 度信息進(jìn)行監(jiān)控。 Labview 程序框圖 和 前面板 分別如圖 5圖 56 所示。 圖 55 Laview程序框圖面 板 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 22 圖 56 Labview前 面板 模塊 程序設(shè)計流程 終端 節(jié)點設(shè)計 本溫度檢測 系統(tǒng)中， 終端節(jié)點由 CC2430 通過二線串行數(shù)字接口和 SHT10 進(jìn)行通信。 終端節(jié)點打開電源，然后初始化、 嘗試加入網(wǎng)絡(luò)， 當(dāng)收到外部中斷時給 SHT10發(fā)送查詢指令，等待 SHT10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，發(fā)送完畢后 繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待有請求時再次激活。 終端節(jié)點工作流程如圖 57 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 23 圖 57終端節(jié)點工作流程圖 ： 部分程序代碼如下。 終端節(jié)點通 過 aplJoinNetwork()加入網(wǎng)絡(luò) 。程序執(zhí)行 aplJoinNetwork()后運行堆棧。代碼如下： main(){ halInit()。 //初始化 HAL 層 evbInit()。 //初始化評估板 Y 開始 設(shè)備初始化 N 給 SHT10 發(fā)送查詢指令 數(shù)據(jù)發(fā)送 是否有外部中斷 N 連接成功 進(jìn)入休眠狀態(tài) 等待 SHT10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 超時判斷 N 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 24 aplInit()。 //初始化協(xié)議棧中的其它部分 ENABLE_GLOBAL_INTERRURT()。 //開啟所有中斷的使能端 do{ aplJoinNetwork()。 //組建網(wǎng)絡(luò) while(apsBusy()) {apsFSM()。}//等待，網(wǎng)絡(luò)建立后 apsBusy()返回 false } while(aplGetStatus()) {apsFSM()。} //等待直到結(jié)束 }while(aplGetStatus()!=LRWPAN_SUCCESS)。 while(1) {apsFSM()。} //有限狀態(tài)機(jī)運行堆棧 } 微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口 SCK 和 DATA，其中 SCK 為時鐘線， DATA 為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和 I2C 協(xié)議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組“啟動傳輸”時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?，如圖 58 所示。當(dāng) SCK 時鐘為高電平時， DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平 。緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后又變?yōu)楦唠娖?，?SCK 時鐘為高電平時， DATA 再次翻轉(zhuǎn)為高電平。 圖 58 數(shù)據(jù)啟動傳輸時序圖 SHT10 采集 溫 度信息， 首先通過設(shè)置至少 9 個周期的 DATA 高電平來初始化SHT10；然后發(fā)送 “ 傳輸開始 ” 命令開始數(shù)據(jù)的采集；如果傳感器正確的接收到命令，會在 DATA 引腳回復(fù)一個先低后高 ACK 信號，否則繼續(xù)發(fā)送 “ 傳輸開始 ” 命令。在正確接收到 ACK 應(yīng)答后的大約 55ms 內(nèi)傳感器就能計算出采集到的溫 度值，并且通過在 DATA 引腳輸出低電平表示計算的完成。判斷出這個低電平到來之后，接下來每個周期內(nèi)采集一個 bit，直到采集兩個字節(jié)的溫 度值，最后處理器應(yīng)當(dāng)通過下拉 DATA 通知傳感器該采集過程的結(jié)束。 其程序流程 如圖 59 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 25 圖 59 SHT10采集 溫度 程序框圖 編寫 SHT10 采集溫 度的程序，并將其作為驅(qū)動程序 加入 stack， 溫度采集部分代碼如下： if(DATA == 0)//表示收到 ACK { SCK = 0。 halWait(2)。 SCK = 1。 halWait(6)。 SCK = 0。 halWait(2)。 SCK = 1。 halWait(6)。 SCK = 0。 N N Y Y 設(shè)備初始化 立網(wǎng)絡(luò) 初始化 發(fā)送傳輸開始命令 寫入數(shù)據(jù)采集命令 返 回 ACK 等待 55ms DATA 變低 接收數(shù)據(jù)后下拉DATA表示結(jié)束 是否超時？ N Y 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 26 halWait(250)。//等待數(shù)據(jù)采集，最大精度要求 的時間 //等待傳感器提供的 ACK for(i=0。i2。i++){ SCK = 1。 halWait(3)。 j = DATA。 halWait(3)。 if(j != 0) {status=0。 break。} else{ SCK = 0。 halWait(2)。 } } if(status != 0) {//接受前 6 個數(shù)據(jù) SCK = 1。 halWait(1)。 READ = DATA。 HI = HI|READ。 halWait(1)。 SCK = 0。 halWait(2)。 for(i=0。i5。i++){ SCK = 1。 halWait(1)。 READ = DATA。 HI = HI1。 HI = HI|READ。 halWait(1)。 SCK = 0。 halWait(2)。 } 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 27 //發(fā)送 ACK 給傳感器 P1DIR |= 0X02。 DATA = 0。 SCK = 1。 halWait(2)。 SCK = 0。 halWait(2)。 P1DIR amp。= ~0X02。 //繼續(xù)接受后八位的數(shù)據(jù) SCK = 1。 halWait(1)。 READ = DATA。 LO = LO|READ。 halWait(1)。 SCK = 0。 halWait(2)。 for(i=0。i7。i++){ SCK = 1。 halWait(1)。 READ = DATA。 LO = LO1。 LO = LO|READ。 halWait(1)。 SCK = 0。 halWait(2)。 } //TEMP = HI2|LO6。 TEMP=((UINT16)HI8)+LO。 }