【導(dǎo)讀】無線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，?；赯igBee技術(shù)，采用CC2430作為溫度檢測(cè)系統(tǒng)芯片，應(yīng)用ISM波段,滿足低成本,低功耗的要求。Zigbee通信協(xié)議的硬件開發(fā)平臺(tái)CC2430。后的溫度實(shí)時(shí)地顯示。本設(shè)計(jì)可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測(cè)過程中對(duì)多測(cè)點(diǎn)、移動(dòng)性。有十分廣闊的應(yīng)用前景。軟件部分主要是傳感器，協(xié)調(diào)器等系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述整個(gè)系統(tǒng)的工作過程。

　　

【正文】 的穩(wěn)定。電路中使用 非平衡天線，連接非 平衡變壓器可使天線性能更好。 C9為 的電容，電路中非平衡的變壓器就是由 C9和電感 L1， L2，L3 以及一個(gè) PCB 微波傳輸線路組成的。整個(gè)的結(jié)構(gòu)滿足 RF 輸入 /輸出匹配電阻（ 50Ω）的要求。 L1為 的電感， L2 為 22nh 的電感， L3是 。 C10，C11 為去耦合電容，用來電源濾波，這樣就可以提高了芯片工作的穩(wěn)定性。偏置電阻器 R1 和 R2分別是 43KΩ， 56KΩ。 R1 用來為 32MHZ 晶體振蕩器設(shè)置精密偏置電流。 圖 41 CC2430 基本電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 CC2430 應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)內(nèi) ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (Wireless Sensor Network， WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的大量的微型 ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn) (即 ZigBee終端 RFD節(jié)點(diǎn) )和 ZigBee FFD 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成一個(gè)無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) [17]。其應(yīng)用電路硬件框圖如圖所示 V C CR X DT X DG N DRF_PRF_NC C 2 4 3 0P 0 . 0LED1LED2無線部分天線天線部分R1G N DANS W P BD1L E DD2L E DR2R3V C CT e x t5432154321 T X DR X DRF_PRF_NC C 2 4 3 0P 0 . 0無線部分天線天線部分R1G N DANS W P BT X DS I P 3 2 2 3R X DC A N 控制器、收發(fā)器P2.0P1.6P1.5P1.4P1.1RSTSDDCLKCSRS液晶顯示 圖 4 2 RFD 節(jié)點(diǎn)電路圖 圖 43 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器電路框圖 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) ZigBee 協(xié)調(diào)器 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)如圖 44 所示，該節(jié)點(diǎn)由無線收發(fā)器 CC24射頻天線 RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。 RF 的輸入／輸出是高阻和差動(dòng)的。當(dāng)使用不平衡天線 (例如單極天線 )時(shí)，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當(dāng)使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運(yùn)行在使用低成本的單獨(dú)電感器和電容器的場(chǎng)合。電源模塊用于 CC2430 的數(shù)字 I/O 和部分模擬 I/O 的供電，供電電壓為 2． 0～ 3． 6 V。 CC2430 可以同時(shí)接 32 MHz 和 32． 768kHz 的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。串口電路用于 CC2430 將接收到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，由于 上位機(jī)與 CC2430 的電平不一致，所以需要一個(gè) MAX232 電平轉(zhuǎn)換電路。 路由器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 路由器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此，該電路比較簡(jiǎn)單，該節(jié)點(diǎn)由無線收發(fā)器 CC24射頻天線 RF、電源模塊和晶振電路組成。 RFP PFN RXD TXD 天線 UART MAX232 電源模塊 晶振 32MH CC2430 圖 44 協(xié)調(diào) 器節(jié)點(diǎn) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 傳感器節(jié)點(diǎn)和硬件設(shè)計(jì)如圖 33 所示，該節(jié)點(diǎn)由無線收發(fā)器 CC24射頻天線 RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。由于 CC2430 芯片本 身帶有溫度傳感器，因而本實(shí)驗(yàn)直接采用了 CC2430 的內(nèi)置溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度。但是該溫度傳感器的精度有限，如果要求更高的精度，可以擴(kuò)展出一個(gè)溫度傳感器，如LM94002。 下面對(duì)每個(gè)部分的功能和指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹： (1)信息收集終端：即協(xié)調(diào)器，放置于監(jiān)控室， 完成網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)，和節(jié)點(diǎn)之間綁定的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機(jī)軟件，進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計(jì)采用 RS232 串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。 (2)溫度采集終端 ：即節(jié)點(diǎn)，放置在需要采集溫度的地方。溫度采集終端可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入、與協(xié)調(diào)器綁定的建立、溫度的檢測(cè)。檢測(cè)到的溫度通過 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。 (3)上位機(jī)：位于監(jiān)控室，完成對(duì)所采集溫度的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到文檔中，同時(shí)以折線圖的形式實(shí)時(shí)反映出溫度的變化趨勢(shì)，使其更為1. 天線 電源模塊 2.03.6 晶振 32MH 32.768KHz RFP PFN RXD TXD CC2430 天線 電源 模塊 晶振 32MHZ Z 圖 45 傳感器節(jié)點(diǎn) 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 直觀。顯示的折線圖可以在不同節(jié)點(diǎn)之間切換。 電源供電電路 220V 交流電經(jīng)過變壓器降壓后得到 9V 交流電，然后經(jīng)過整流橋全波整流，電容濾波穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的 5V直流電源。本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓芯片 7805 來獲得所需直流穩(wěn)壓電源。 7805 的電壓輸入范圍較寬，輸入電壓在 7V36V之間都可實(shí)現(xiàn)良好的穩(wěn)壓效果?？紤]芯片的熱效應(yīng)及穩(wěn)壓的準(zhǔn)確性，所以盡量減少輸出電壓與輸入電壓的電壓差，同時(shí)為了保證電源可以提供足夠的功率，電壓壓差至少要大于3V，所以本系統(tǒng)的輸入電壓定位 9V，足以保證電源所能提供的功率，且芯片不會(huì)過熱 [15]。 D1是整流橋，選用耐壓值 AC600V 電流為 2A的 KBP206。 C C C3是用來吸收低頻脈動(dòng)和濾波的電容，可以是電壓更為平穩(wěn)。為使直流電源更加穩(wěn)定，本電路中使用電容 C2 吸收其他頻率成分的諧波。 U1 是 7805 穩(wěn)壓芯 片，該芯片穩(wěn)定性、可靠性較高，且能產(chǎn)生穩(wěn)定額 5V直流電源 [14]。 C3 除了啟動(dòng)吸收諧波的作用外，還可防止出現(xiàn)穩(wěn)壓后的直流電源隨后級(jí)負(fù)載的加重而逐漸降低的情況。 除去需給 外圍 電路提供 5V直流電源外， Zigbee 芯片需要 的直流電壓，故需要使用一個(gè)三端穩(wěn)壓器把 5V 電壓轉(zhuǎn)換為 直流電源。本設(shè)計(jì)中中采用AMS1117 芯片，輸出電壓為 ，輸出電流可高達(dá) 1A。 直流電源的供電電路分別如圖所示。 2 2 0 V2 2 0 VT1T R A N S 1V I N1V O U T3GND2U37 8 0 5D1 C14 7 0 μ FC21 0 μ FC31 0 μ FV C CGND 圖 46 直流電源供電電路 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 + 5 VGNDV I N1V O U T3GND2u3A M S 1 1 1 7C42 2 μ FC54 7 0 μ FV D DGND 圖 47 傳感器電路 由于傳感 器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大。溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器 LM94022，該傳感器的末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供 4個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃。本設(shè)計(jì)溫度傳感器靈敏度選擇 ℃，所以 LM94022 的 GS0和 GS1 端口都接地，溫度信號(hào)放大電路如圖 所示。 溫度信號(hào)放大電路電路設(shè)計(jì)中要求高輸入低輸出，故放大電路的前置 電阻R1的阻值設(shè)為 10K。由于運(yùn)放 LM324 的輸入級(jí)是差動(dòng)放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對(duì)稱，即 RN=RP， RN=R1//RF，故 R2=R1//R3， R5=。依據(jù)運(yùn)算放大器“虛短”、“虛斷”特性，有 U =U+。電壓放大倍數(shù)為 5。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 231411U 2 AL M 3 2 4R11 0 KR28 . 3 KR35 0 KC20 .1 μ F5vI N 15VGND2GS01OUT3VDD4GS15Q1L M 9 4 0 2 2 圖 47 溫度傳感器電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 采用的是 TLC2543使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 12 為快速 A/D 轉(zhuǎn)換。一個(gè)電位器調(diào)節(jié) TLC2543 基準(zhǔn)電壓輸出。 TLC2543 與外圍電路的 連線簡(jiǎn)單，有 3個(gè)控制輸入端，為 CS，輸入 /輸出時(shí)鐘以及串行數(shù)據(jù)輸入端。片內(nèi)的 14 通道多路器可以選擇 11 個(gè)輸入中的任何一個(gè)或者 3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中的一個(gè)。 12為數(shù)據(jù)線分時(shí)使用，內(nèi)部帶有精準(zhǔn)的參考電源。 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 A I N 0 V C CA I N 1 E O CA I N 2 I / O C L O C KA I N 3 D A T A I N P U TA I N 4 D A T A O U TA I N 5 CSA I N 6 R E F +A I N 7 R R E F A I N 8 A I N 10G N D A I N 9A1T L C 254312345678J P 9C O N 81234J P 7C O N 4C10. 1μ fG N DG N DG N DC80. 1μ fG N D123456789101234J P 1C O N 4C 11C A PG N DG N DG N DC 12C A PG N D G N DR 235KV C CC L O C KD A T A _I N P U TD A T A _O U TC S 211121314151617181920 TLC2543 的引腳功能： VCC：正電源端，一般接 +5V GND：正電源地。 REF+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接 +5V REF：負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接 地 ANI0— AIN10：模擬輸入端 CS：片選端，由高到低有效，由外部輸入。 I/O CLOCK：為 I/O 時(shí)鐘 DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端 DATA OUT： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端 EOC：轉(zhuǎn) 換結(jié)束端，向外部輸出 圖 48 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 USB 轉(zhuǎn)串口電路圖 采用 CP2102 改造的接口應(yīng)用電路圖如圖所示。串口擴(kuò)展，僅需要 23只外部去耦電容器， REGIN 端需加 f與 f并聯(lián)的去耦電容。 CP2102 的供電電源由計(jì)算機(jī)的 USB 接口提供，再連接 3 只保護(hù)管以便使用。該電路僅用 CP2102的 UART 總線上 TCD/RCD 兩個(gè)引腳，其余懸空。單片機(jī)可直接識(shí)別 CP2102 的 UART總線上信號(hào)，為確保數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)定性，避免通信過程受到干擾，采用