【正文】 該電路僅用 CP2102的 UART 總線上 TCD/RCD 兩個引腳，其余懸空。 REF+：正基準電壓端，一般接 +5V REF：負基準電壓端，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。 TLC2543 與外圍電路的 連線簡單，有 3個控制輸入端，為 CS，輸入 /輸出時鐘以及串行數(shù)據(jù)輸入端。依據(jù)運算放大器“虛短”、“虛斷”特性，有 U =U+。溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出 CMOS 溫度傳感器 LM94022，該傳感器的末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供 4個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃及 /℃。 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，故需要使用一個三端穩(wěn)壓器把 5V 電壓轉換為 直流電源。 C C C3是用來吸收低頻脈動和濾波的電容，可以是電壓更為平穩(wěn)。本設計采用穩(wěn)壓芯片 7805 來獲得所需直流穩(wěn)壓電源。 (3)上位機：位于監(jiān)控室，完成對所采集溫度的匯總與顯示。本設計采用 RS232 串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。 RFP PFN RXD TXD 天線 UART MAX232 電源模塊 晶振 32MH CC2430 圖 44 協(xié)調 器節(jié)點 江蘇師范大學科文學院本科生畢業(yè)設計 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測系統(tǒng)設計 23 傳感器節(jié)點的硬件設計 傳感器節(jié)點和硬件設計如圖 33 所示，該節(jié)點由無線收發(fā)器 CC24射頻天線 RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。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。其應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)點電路圖 圖 43 網(wǎng)絡協(xié)調器電路框圖 江蘇師范大學科文學院本科生畢業(yè)設計 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測系統(tǒng)設計 22 節(jié)點的硬件設計 協(xié)調器節(jié)點的硬件設計 ZigBee 協(xié)調器 節(jié)點硬件設計如圖 44 所示，該節(jié)點由無線收發(fā)器 CC24射頻天線 RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。 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。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。 C3， C4 為 15pf 的電容，連接 的晶振電路，此石英晶振用于休眠時工作，這樣就能夠降低它的工作損耗。 43 腳 (P2_4/XOSC_Q2): kHz XOSC 的 端口。 26 腳（ RBIAS2） : 提供精確電阻， 43 kΩ177。 控制線引腳功能： 10 腳（ RESET_N） : 復位引腳低電平有效。 40 腳（ AVDD_DGUARD） : 為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 36 腳（ AVDD_RF2） : 為接收和發(fā)射混頻器提供 V 電壓。 29 腳（ AVDD_VCO）：為 VCO 和 PLL 環(huán)濾波器最后部分電路提供 V 電壓 30 腳（ AVDD_PRE） : 為預定標器、 Div 2 和 LO 緩沖器提供 V 的電壓。 23 腳（ AVDD_RREG）：為模擬電路連接 ～ V 的電壓。 11～ 18 腳（ P0_0 ～ P0_7）：具有 4 mA 輸出驅動能力。 21 個數(shù)字 I/O 口引腳都具有響應外部的終端能力。 I/O 端口線引腳功能 CC2430 有 21 個可編程的 I/O 口引腳， P0、 P1 口是完全的 8 位口， P2 口只有 5 個可使用的位。 。在待機模式時少于 μ A 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。 CC2430 芯片的主要特點如下 [13]： 1. 高性能和低功耗的 8051 微控制器核。 CC2430 芯片的主要特點 CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架構，在單個芯片上整合了 ZigBee 射頻 (RF) 前端、內存和微控制器。一個一般的 16位和兩個 8 位定時器，支持典型的定時 /計數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和 PWM 功能。 中斷控制器為總共 18 個中斷源提供服務，他們中的每個中斷都被賦予 4 個中斷優(yōu)先級中的某一個。 32K， 64K 或 128K 字節(jié)的片內 Flash 塊提供在電路可編程非易失性存儲器。這可實現(xiàn)數(shù)字基帶處理器， RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲器 整合在同 一個硅晶片上。 CC2430 簡介 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS 解決方案 [12]。而在高速 PCB 設計上，任何額外的布線和芯片數(shù)目的增加，都會對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，必須謹慎地選擇芯片布置的位置和走線。以 chipcon 公司的 cc2430 為例，他將 cc2420 芯片與一個 51單片機集成在同一篇芯片上，其體積與一個 cc2420 芯片差不多。 電源單元 激勵電路 電橋電路 放大電路 通信單元 單片機A/D 圖 32 溫度傳感模塊框圖 江蘇師范大學科文學院本科生畢業(yè)設計 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測系統(tǒng)設計 14 上位機 1 3 8規(guī)范化 88 4 9 13 6 7 5 11 10 12 23規(guī)范化 88 1倉庫 2倉庫 1 Zigbee 協(xié)調器節(jié)點； 2， 3路由器節(jié)點 413— 傳感器節(jié)點 圖 33 溫度采集系統(tǒng)示意圖 江蘇師范大學科文學院本科生畢業(yè)設計 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測系統(tǒng)設計 15 4 溫度檢測系統(tǒng) 硬件電路 設計 zigbee 芯片選擇和簡介 zigbee 芯片的選擇 現(xiàn)在的 ZigBee 芯片包括單芯片和 ZigBee 射頻芯片兩種芯片廠商提供 的主力 ZigBee 射頻芯片在性能上大同小異。多個傳感器節(jié)點置于不同的監(jiān)測區(qū)域，每個傳感器節(jié)點會先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點，然后匯聚節(jié)點把數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機做進一步處理并顯示給用戶。另外， Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點 [11]。主協(xié)調器的硬件系統(tǒng)中包括 CC2430 通信模塊、鍵盤電路模塊、串口轉 USB 模塊、液晶顯示模 塊 和電源電路模塊等 [10]。在上位機上，采集的溫度實時地顯示出來，并且通過折線圖動態(tài)描繪出溫度的變化趨勢。 在信標模式下，協(xié)調器負責以一定的間隔時間 (一般在 15ms4mins 之間 )向網(wǎng)絡廣播信標幀，兩個信標幀發(fā)送間隔之間有 16 個相同的時槽，這些時槽分為網(wǎng)絡休眠區(qū)和網(wǎng)絡活動區(qū)兩個部分，消息只能在網(wǎng)絡活動區(qū)的各個時槽內發(fā)送。因此在地域范圍很廣節(jié)點數(shù)目較多時，都是部分節(jié)點連接的任意拓撲結構。網(wǎng)狀拓撲具有靈活路由選擇方式，如果某個路由路徑出現(xiàn)問題，信息可自動沿其他路徑進行傳輸。協(xié)調器可以連接路由器節(jié)點 和終端節(jié)點，子節(jié)點的路由器節(jié)點也可以連接路由器節(jié)點和終端節(jié)點。每一個終端節(jié)點只能和協(xié)調 器節(jié)點進行通訊，在兩個終端節(jié)點之間進行通訊必須通過協(xié)調器節(jié)點進行轉發(fā)，其缺點是節(jié)點之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一路徑。它負責發(fā)送和接受 節(jié)點 自身信息；節(jié)點之間轉發(fā)信息；允許子節(jié)點通過它加入網(wǎng)絡。節(jié)點類型是網(wǎng)絡層的概念，反映了網(wǎng)絡的拓撲形式。 ZigBee 協(xié)議層與層之間是通過原語進行信息的交換和應答的。 ZigBee 的應用框架 (AF)為各個用戶自定義的應用對象 提供了模板式的活動空間，并提供了鍵值對 (KVP)服務和報文 (MSG)服務供應用對象的數(shù)據(jù)傳輸使用。 。 。 NWK 層主要是為了確保正確地操作 IEEE ． 2020MAC 子層和為應用層提供服務接口。 2. 信道接入。 915MHZ 頻段 10個信道， 2450MHZ頻段 16 個信道。 。 物理層（ PHY 層） 主要功能： 物理層定義了物理無線信道和 MAC 子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務和物理層管理服務。協(xié)議棧結構如圖 21。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過無線電微波 將 數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通 行效率非常高。傳感器，協(xié)調器等流程圖的設計。 （ 2） 介紹了 ZigBee 的協(xié)議棧結構、各層的功能、 ZigBee 的網(wǎng)絡節(jié)點類型、網(wǎng)絡體系結構及工作模式，此外介紹了 CC2430 芯片及它 的外圍電路。 ZigBee 技術能融入各類電子產(chǎn)品，應用范圍橫跨全球的 民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場。 ZigBee 的 發(fā)展現(xiàn)狀 ZigBee 作為一種新興的國際標準短距離無線通信協(xié)議，其協(xié)議棧體系結構是基于標準七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型 (OSI)， IEEE 標準定義了下面的兩層：物理層和媒體接入控制子層；網(wǎng)絡層、應用會聚層、應用層由ZigBee 聯(lián)盟制訂。 此外， ZigBee 技術也可以應用到汽車電子、農業(yè)生產(chǎn)和軍事領域中。由于是無線技術，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護的人也可以比較自由的行動，非常方便。 自動抄表：現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來逐家逐戶進行抄表，十分不方便。 課題研究的目的和意義 ZigBee 技術具有低成本、低功耗、近距離、短時延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢，廣泛應用于智能家庭、工業(yè)控制、自動抄表、醫(yī)療監(jiān)護、傳感江蘇師范大學科文學院本科生畢業(yè)設計 基于 Zigbee 的 無線 溫度檢測系統(tǒng)設計 3 器網(wǎng)絡應用和電信應用等領域。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。 (6)可靠度高：為了避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突，采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙。 (3) 低速率。 在工業(yè)控制、家庭自動化和遙測遙感領域，藍牙（ Bluetooth）雖然成本較低，成熟度高，但是傳輸距離有限，僅為 10米，可以參與組網(wǎng)的節(jié)點少。 課題背景 信息技術發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的有線通信方式因為其成本高、布線復雜，已經(jīng)不能完全滿足人們的應用需求了。如何解決有線網(wǎng)絡帶來的諸多不便已成為當下研究的熱點。 wireless sensor work。本設計可以有效滿足工農業(yè)檢測過程中對多測點、移動性及便捷性等方面的要求，并且能 夠有效解決有線網(wǎng)絡的布線難題和成本問題，具有十分廣闊的應用前景 。 本設計 首先介 紹了課題研究的意義， ZigBee 技術 的應用范圍 以及 ZigBee 技的 發(fā)展現(xiàn)狀。 存檔日期： 存檔編號： xxx 大學 xx 學院 本科生畢業(yè)設計（論文）