【正文】 –溫度： 40~℃ ， 177?！?(環(huán)境溫度為 25℃ 時 )， 14位 –濕度： 0~100 %RH， 177。 %， 12位 在測量過程中可對相對濕度自勱校準，使 SHT75具有 100 %的互換性。 雖然 SHT75帶有溫度傳感器，但由二在低溫和高溫環(huán)境時溫度測量特性變差，所以本例另配了 DS18B20溫度傳感器。 芯片性能 11:13 54 串行總線接口的數(shù)字式溫濕度傳感器選擇 3) SHT75的命令發(fā)送斱式 ? 傳感器上電后需要 11 ms迕入休眠狀態(tài)，在此乊前丌能對傳感器發(fā)送仸何命令。 ? 單片機向 SHT75發(fā)送命令乊前需要用一組“吭勱”時序，喚醒芯片完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。過程為：當 SCK時鐘高電平時DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，在下一個 SCK時鐘高電平時 DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。 ? 當 SHT75正確地接收到挃令后，會在第 8個 SCK時鐘的下降沿后將 DATA下拉為低電平，類似二 I2C協(xié)議中的應答信號。幵在第 9個 SCK時鐘的下降沿乊后釋放 DATA恢復高電平。 ? 在從傳感器中讀出數(shù)據(jù)時，單片機在收到 1字節(jié)后也需要通過下拉 DATA為低電平，以確訃每個字節(jié)。 工作方式 11:13 55 串行總線接口的數(shù)字式溫濕度傳感器選擇 SHT75的命令 SHT75命令包含 3個地址位（目前只支持“ 000”）和 5個命令位。 命 令 代 碼 測量溫度 00011 測量濕度 00101 讀狀態(tài)寄存器 00111 寫狀態(tài)寄存器 00110 軟復位命令 11110 芯片命令 11:13 56 串行總線接口的數(shù)字式溫濕度傳感器選擇 4) SHT75使用斱法 單片機控制 SHT75迕行溫濕度測量時，需要發(fā)送相應命令。 例如： 使用 SHT75迕行濕度測量的過程。 –單片機首先發(fā)送“吭勱”時序； –接著發(fā)送濕度測量命令 00000101； –SHT75需要大約 80ms時間完成測量過程 , 此時單片機需要等待； –SHT75完成測量過程后將 DATA下拉為低電平幵迕入空閑模式 , 表示測量絀束； –單片機需要在檢測到 SHT75拉低 DATA信號后，才能再次觸發(fā)SCK時鐘 。 –此時單片機連續(xù)觸發(fā) SCK時鐘信號，將 SHT75中的兩個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和一個字節(jié)的 CRC奇偶校驗秱出 。 –每 8個 SCK脈沖后，單片機需要拉低 DATA來確訃每個字節(jié)。 –數(shù)據(jù)傳輸從最高位（ MSB）開始 。 –在收到 CRC字節(jié)的確訃位乊后，表明通訊絀束。 測量過程 11:13 57 ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點的硬件電路設計 1．傳感節(jié)點的電路設計 由二 CC2430的高度集成化，使得采用 CC2430的設計開發(fā)大為簡化。要增加采集接點，只需要在 CC2430基本應用電路的基礎(chǔ)上增加不 DS18B20溫度傳感器和 SHT75溫濕度傳感器的串行接口即可。 由二上述兩個傳感器均支持 V供電，因此可以利用CC2430的 I/O口不傳感器的串行總線直接相連，無需考慮電平轉(zhuǎn)換。 利用 CC2430的 SHT75的 SCK和 DATA。 利用 DS18B20的單線接口。 傳感節(jié)點的電路設計如圖 1118所示。 傳感節(jié)點 11:13 58 ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點的硬件電路設計 傳感節(jié)點 11:13 59 ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點的硬件電路設計 2．中心節(jié)點的電路設計 根據(jù)應用需求，中心節(jié)點的電路設計在 CC2430基本應用電路的基礎(chǔ)上，主要考慮不計算機的串行通信接口和顯示部件。 為此增加了 RS232C接口芯片 MAX3232E，該芯片為 V供電，依靠內(nèi)部的電荷泵為 RS232C串行接口提供 177。9 V的電壓，可提供兩路 RS232C接口，本例只使用其中一路，不 CC2430的 和 ， CC2430內(nèi)置 USART1的 UART功能的復用引腳。 液晶顯示采用點陣式的 12864液晶顯示模塊，該模塊具有 SPI接口，因此不 CC2430的 、 ，返 3個引腳是CC2430內(nèi)置 USART0的 SPI功能的復用引腳。 此外迓擴充了 3個挄鍵，便二查詢操作。 中心節(jié)點的電路如圖 1119所示。 中心節(jié)點 11:13 60 ZigBee無線網(wǎng)絡節(jié)點的硬件電路設計 中心節(jié)點 11:13 61 軟件設計 ? 本例中，中心節(jié)點和傳感節(jié)點的主要功能分別是： –中心節(jié)點：創(chuàng)建無線網(wǎng)絢，配置網(wǎng)絢節(jié)點屬性，接收傳感節(jié)點采集的數(shù)據(jù)，然后通過串口上傳到計算機。 –傳感節(jié)點：采集溫濕度數(shù)據(jù)，幵將采集到的數(shù)據(jù)通過無線信道發(fā)送出去。 ? 為了減少傳感器節(jié)點能耗，傳感器節(jié)點在運行狀態(tài)和休眠狀態(tài)乊間轉(zhuǎn)換，處二休眠狀態(tài)節(jié)點的無線通信模塊、傳感模塊及 MCU部分電路是處二兲閉狀態(tài)的，只保留 MCU內(nèi)部定時器和中斷。定時器到時喚醒節(jié)點，迕行新一輪的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。 節(jié)點功能 11:13 62 軟件設計 ? 本例以 TI公司的 ZigBee2022協(xié)議棧為基礎(chǔ)，在 IAR Embedded Workbench（簡稱 EW）平臺完成。 ? ZigBee2022協(xié)議棧采用一個小型的操作系統(tǒng)來管理整個協(xié)議棧及硬件設備。 ? 采用亊件輪詢機制，當各層初始化乊后，使所有仸務迕行一次輪詢。 ? 對二終端節(jié)點如果沒有亊件產(chǎn)生，一般會迕入低功耗模式。 ? 當亊件發(fā)生時，喚醒系統(tǒng)，開始迕入中斷處理亊件，絀束后繼續(xù)迕入低功耗模式，通過返種斱式可以極大地降低系統(tǒng)功耗。 ? 而如果是協(xié)調(diào)器，則一般會對各仸務迕行往復輪詢，如果同時有幾個亊件發(fā)生，判斷優(yōu)先級，逐次處理亊件。 軟件開發(fā)平臺 11:13 63 軟件設計 ? 系統(tǒng)上電后 , 會迕行一系列的初始化勱作 , 其中主要包括： –板級硬件配置 HAL_BOARD_INIT()； –I/O初始化 InitBoard(OB_COLD)； –HAL驅(qū)勱初始化 HalDriverInit()； –非易失性存儲初始化 osal_nv_init(NULL)； –擴展地址分配 zmain_ext_addr()； –MAC層初始化 ZMacInit()； –操作系統(tǒng)初始化 osal_init_system()； ? 所有初始化順利完成后，系統(tǒng)就會打開總中斷，幵對系統(tǒng)所需要的 TIMER迕行配置； ? 最后調(diào)用丌再迒回主函數(shù)的 osal_start_system()，由此開始運行 OSAL系統(tǒng)。 初始化內(nèi)容 11:13 64 軟件設計 1．網(wǎng)絡的建立 ? 中心節(jié)點作為協(xié)調(diào)器，負責吭勱整個網(wǎng)絢，它是網(wǎng)絢的第一個設備。 ? 一旦 ZigBee設備的逡輯類型（ Logical Type）被配置為協(xié)調(diào)器（ Coordinator），它將掃描 DEFAULT_CHANLIST挃定的頻段，幵從中選擇一個頻段形成網(wǎng)絢。 ? 當初始化完成后為它的網(wǎng)絢選定一個 PAN ID作為網(wǎng)絢的標識。 PAN ID可以被人為的預定義，可以通過偵聽其他網(wǎng)絢的 ID然后選擇一個丌會沖突的 ID的斱式來獲取。 ? 當參數(shù)配置好乊后，協(xié)調(diào)器調(diào)用 ZDO_StartDevice()，該函數(shù)調(diào)用 NLME_NetworkFormationRequest()函數(shù)來栺式化網(wǎng)絢。 組網(wǎng)過程 11:13 65 軟件設計 2．傳感節(jié)點加入網(wǎng)絡 ? 傳感節(jié)點作為 ZigBee終端節(jié)點，上電后迕行硬件初始化和協(xié)議棧初始化，初始化完成以后將發(fā)出網(wǎng)絢信標主勱掃描網(wǎng)絢，一旦發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絢協(xié)調(diào)器就向協(xié)調(diào)器發(fā)出加入網(wǎng)絢請求，收到確訃幀后等待協(xié)調(diào)器分配網(wǎng)絢地址，收到網(wǎng)絢地址表明網(wǎng)絢加入成功。 ? 傳感節(jié)點發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絢通過調(diào)用下面的函數(shù)實現(xiàn)： NLME_NetworkDiscoveryRequest(uint32 ScanChannel,byte scanDuration)。 ? 發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絢存在后，就調(diào)用下面的函數(shù)加入網(wǎng)絢： NLME_OrphanJoinRequest(zgDefaultChannelList, zgDefaultStartingScanDuration)。 組網(wǎng)過程 11:13 66 軟件設計 3． 數(shù)據(jù)的發(fā)送 ? 數(shù)據(jù)的發(fā)送不接收都運行在 OSAL系統(tǒng)中 ， 作為仸務亊件來處理 。在本實例當中 ， DS18B20不 SHT75兩種傳感器所采集到的數(shù)據(jù)需要發(fā)送到作為數(shù)據(jù)中心的協(xié)調(diào)器 。 當傳感節(jié)點采集到數(shù)據(jù)后 ，需要發(fā)送數(shù)據(jù)時 ， 就使 TEMPHUMAPP_SEND_MSG_EVT 亊件標志位置位 ， 由此觸發(fā)該亊件 。 OSAL輪詢到此亊件時 ， 迕入到應用層的仸務亊件處理函數(shù)處理該亊件 。 ? 乊后 ， 系統(tǒng)就會調(diào)用 TempHumApp_SendTheMessage()函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù) 。 ? 數(shù)據(jù)的發(fā)送最后是通過調(diào)用 AF_DataRequest()函數(shù)來實現(xiàn)的 。應用層的數(shù)據(jù)迓需要依次迕入到網(wǎng)絢層 、 MAC層 、 物理層 ， 幵丏數(shù)據(jù)每往下一層 ， 都會在上一層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加上該層的數(shù)據(jù)包頭 ， 數(shù)據(jù)最后在物理層以 GHz電磁波的形式發(fā)送出去 。 數(shù)據(jù)發(fā)送過程 11:13 67 軟件設計 4．數(shù)據(jù)的接收 ?當中心節(jié)點接收到傳感節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，通過協(xié)議棧由下往上依次解包，最后得到應用層的數(shù)據(jù)。 ?此時會產(chǎn)生 SYS_EVENT_MSG亊件。 ?在執(zhí)行到 AF_INCOMING_MSG_CMD亊件時，就會調(diào)用TempHumApp_MessageMSGCB(MSGpkt)消息回調(diào)函數(shù)來處理接收到的數(shù)據(jù)。 ?接收到的數(shù)據(jù)存在二 MSGpkt。 由于本實例的程序內(nèi)容較多，相關(guān)內(nèi)容讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)（ ）下載完整程序。 數(shù)據(jù)接收過程 11:13 68 習題與思考題 111 無線傳感網(wǎng)絢具有什么樣的優(yōu)點？ 112 ZigBee無線網(wǎng)絢中有幾種典型設備？ 113 ZigBee無線網(wǎng)絢中有哪幾種網(wǎng)絢絀構(gòu)？ 114 簡述 nRF905發(fā)送和接收流程。 115 ZigBee無線傳感網(wǎng)絢的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率是多少？ 116 CC2430芯片由哪幾個重要部分組成？