【正文】 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 傳感器是一個(gè)內(nèi)含。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(lái)選擇 [19]。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。 時(shí)鐘電路 如圖 43 所示。兩個(gè)振蕩器不能同時(shí)工作。 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(shí)鐘準(zhǔn)確子系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。 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(shí)鐘電路 CC2530 芯片需要兩個(gè)晶振為其提供時(shí)：一個(gè)是 XOSC_Q XOSC_Q2 接 32MHz晶振，一個(gè)是 P2_ P2_4 的第二功能接 晶振。輸出端電壓為 3V， Vout 接電容 C2，然后再接地。一個(gè)是 XOSC_QXOSC_Q2 接 32MHz 晶振，一個(gè)是 P2_ P2_4 的第二功能接 晶振。如圖 41 所示。通過(guò)本章描述，對(duì)實(shí)物有了系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。 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(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)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(gè)單元電路的設(shè)計(jì)思路。整個(gè)監(jiān)測(cè)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。 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(cè)氣體：氨氣、硫化物、氫氣、苯系蒸汽等 （ 2）檢測(cè)濃度： 101000ppm （ 3）工作電壓： 177。 MQ135 氣體傳感器價(jià)格便宜，可以檢測(cè)出氨氣、 硫化物、 苯系蒸汽，對(duì)煙霧和其它有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)也很靈敏。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。 VCC1DATA2NC3GND4DHT 11 圖 35 DHT11 引腳圖 DHT11 參數(shù)如下： （ 1）可以檢測(cè)空氣的濕度和溫度； （ 2）濕度測(cè)量范圍： 21%到 91%RH； （ 3）溫度測(cè)量范圍： 0 度到 50 度； （ 4）工作電壓： ； （ 5）電源指示燈（紅色）。由于體積不大和價(jià)格低廉，使其占有很好的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。傳感器有三部分組成：一個(gè) 是通過(guò)電阻變化的感濕器件，另一個(gè)是檢測(cè)溫度器件，還有一個(gè) 8 位主控制芯片 [17]。 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(dòng)到低電平； ? XOSC_Q1：模擬 I/O 32MHz 晶振引腳或外部時(shí)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(hào)到 LNA； ? RF_P： RF I/O RX 期間正 RF 輸入信號(hào)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(dòng)能力； ? P2_ P2_4： kHz XOSC。無(wú)線設(shè)備還包括一個(gè) 數(shù)據(jù)包過(guò)濾 模塊和地址識(shí)別模塊 [16]。除此之外， CC2530 具有一個(gè) 兼容無(wú)線收發(fā)器。 CC2530 有 32K、 64K、 128K、 256K 四種不同的閃存版本。當(dāng) CC2530處于空暇模式時(shí)，任何中斷都可以使其恢復(fù)到主動(dòng)模式。 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(wèn)總線。 主要元器件的選用 CC2530 芯片 CC2530 是可以用于 、 Zigbee 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)解決方案。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)的軟件主要分為四個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析和數(shù)據(jù)顯示。手機(jī)通過(guò)下載應(yīng)用程序并安裝就可以接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。電腦上位機(jī)程序是由VC++程序編寫的一個(gè)數(shù)據(jù)輸出窗口，通過(guò)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。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配臵。 （ 4） Zigbee 協(xié)調(diào)器 為了減輕 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，每個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)協(xié)調(diào)器。 （ 3）數(shù)據(jù)路由器 路由器是為了增強(qiáng) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性而加入到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，其主要的作用是看管其他終端節(jié)點(diǎn)。這些傳感器可以根據(jù)所測(cè)物質(zhì)的變化采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為電平變化，然后，再經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)化為自己所需要的信號(hào)傳送給終端節(jié)點(diǎn)。 筆記本或臺(tái)式電腦上位機(jī)A nd roid 手機(jī)端Z igb ee 協(xié)調(diào)器終端節(jié)點(diǎn) 1終端節(jié)點(diǎn) 2終端節(jié)點(diǎn) 3終端節(jié)點(diǎn) n溫度濕度氣體...?通過(guò) W iFi 連接通過(guò)串口轉(zhuǎn) USB 口 ，由 USB 連接通過(guò)無(wú)線雙向通信通過(guò)傳感器將數(shù)據(jù)采集 圖 32 室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀硬件總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主要的硬件設(shè)備包括： （ 1）傳感器 每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)連接不同的傳感器，比如： DHT1 MQ MQ135 等傳感器。 本文并結(jié)合 Zigbee 技術(shù)的低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、低功耗、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 將采用 Zigbee 組網(wǎng)的方式組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將采用部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的方式對(duì)空氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)。移動(dòng)監(jiān)測(cè)，一般是將監(jiān)測(cè)設(shè)備放在可移動(dòng)的物體上，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中采集相關(guān)數(shù)據(jù) [15]。定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，在需要監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)放置監(jiān)測(cè)設(shè)備和布線，同時(shí)需要有人進(jìn)行監(jiān)管。對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)操作以及應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)還不具備相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，因此，在本文的主要內(nèi)容中沒(méi)有過(guò)多介紹，只是擁有對(duì)該系統(tǒng)的整體構(gòu)想（如上所說(shuō)），這將是本人或者其他有興趣者研究的方向。 總體設(shè)計(jì)框架如上所說(shuō)，它涉及到了很多的學(xué)科領(lǐng)域，需要結(jié)合龐大的知識(shí)體系，才能最終完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。該層主要包括執(zhí)行管理、分布式數(shù)據(jù)挖掘活動(dòng)和傳感器注冊(cè)表及控制的功能。 各個(gè)傳感 器進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，都會(huì)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行記錄保存（例如監(jiān)測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)、檢測(cè)物類型、含量等），這些信息最終會(huì)實(shí)時(shí)存入服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，形成報(bào)表形式，便于工作人員查閱。 應(yīng)用層中間層資源層 圖 31 室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀 資源層：是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最下面的一層，它保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)儀需要具備以下功能要求： （ 1）監(jiān)測(cè)范圍廣：系統(tǒng)監(jiān)測(cè)需要覆蓋區(qū)域內(nèi)的各個(gè)范圍，每個(gè)房間就需要設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，人流量大的地方需要加大監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度； （ 2）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多：監(jiān)測(cè)污染物有 、二氧化硫、氨氣、一氧化氮、溫濕度、苯的化合物 等空氣指標(biāo)； （ 3）監(jiān)測(cè)頻率高： 24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，至少每隔十分鐘監(jiān)測(cè)一次； （ 4）數(shù)據(jù)采集、分析功能：利用傳感器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換等將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)； （ 5）數(shù)據(jù)發(fā)送、存儲(chǔ)功能：通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將得到的監(jiān)測(cè)信息發(fā)送給上位機(jī)服務(wù)器，并保證監(jiān)測(cè)信息能夠?qū)崟r(shí)地存儲(chǔ)到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，便于觀測(cè)者訪問(wèn)監(jiān)測(cè)信息； （ 6）監(jiān)測(cè)信息處理功能：監(jiān)測(cè)信息被實(shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，相關(guān)人員可以通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用軟件高效地訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，得到有關(guān)的信息，從而清楚地了解到各地的空氣質(zhì)量情況； （ 7）反應(yīng)速度快：系統(tǒng)各模塊的處理 能力應(yīng)適應(yīng)周圍空氣質(zhì)量的變化狀況，一旦發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量異常 ,能夠快速地作出反應(yīng) ,及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警等有效措施。 系統(tǒng)功能規(guī)劃 本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)傳感器、 Zigbee 模塊、上位 機(jī)程序和安卓手機(jī)應(yīng)用程序搭建一個(gè)基于 Zigbee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀。主要解釋了系統(tǒng)的總體的設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)的硬件的思路、焊接步驟和軟件編寫思路。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃 本章主要是講室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃。放置在較遠(yuǎn)地方的節(jié)點(diǎn)設(shè)備向 ZDO 發(fā)送請(qǐng)求，當(dāng)其他設(shè)備收到請(qǐng)求信息時(shí)， ZDO 就會(huì)通過(guò)對(duì)對(duì)象的設(shè)置從而取得所需要的描述符的符值。 在 Zigbee 應(yīng)用中，提供 2 種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型：一個(gè)是鍵值對(duì)（ KVP），另一個(gè)是報(bào)文（ MSG）。 Zigbee 設(shè)備對(duì)象的功能包括： （ 1）規(guī)定各個(gè)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所扮演角色 (如協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備 )； （ 2）發(fā)起和響應(yīng)綁定請(qǐng)求； （ 3）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 4）負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。 應(yīng)用層（ APL） Zigbee 應(yīng)用層框架由應(yīng)用支持層、 Zigbee 設(shè)備對(duì)象和制造商所定義的應(yīng)用對(duì)象三部分組成。網(wǎng)絡(luò)層主要功能：一是控制節(jié)點(diǎn)連接或斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，二是納入或移除其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，三是查找節(jié)點(diǎn)和傳送數(shù)據(jù)等。 介質(zhì)接入控制子層（ MAC） MAC 層負(fù)責(zé)處理所有的物理無(wú)線信道訪問(wèn)，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、同步信號(hào)；支持 PAN連接和分離，提供兩個(gè)對(duì)等 MAC 實(shí)體之間可靠的鏈路 .MAC 層功能： （ 1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)； （ 2）與信標(biāo)同步； （ 3）支持 PAN(個(gè)域網(wǎng) )鏈路的建立和斷開(kāi)； （ 4）為設(shè)備的安全性提供支持； （ 5）信道接入方式采用免沖突載波檢測(cè)多址接入 (CSMACA)機(jī)制； （ 6）處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙 (GTS)機(jī)制； （ 7）在兩個(gè)對(duì)等的 MAC 實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。 Zigbee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖 24 所示： 公共端口APSMESAPNLMESAP端 點(diǎn) 2 4 0 端 點(diǎn) 1N L D E S A PM L D E S A PM L E M S A PP D S A P P L M E S A P應(yīng) 用 程 序 框 架Z i g b e e 設(shè) 備 對(duì) 象應(yīng) 用 層 支 持 子 層 ( A P S )ZDO管理面板網(wǎng) 絡(luò) 層 ( N W K )媒 體 介 質(zhì) 訪 問(wèn) 層 ( M A C )物 理 層 ( P H Y )安全服務(wù)供應(yīng)商安 全 管 理 消 息 中 轉(zhuǎn) 反 射 器 管 理安 全 管 理 消 息 中 轉(zhuǎn) 路 由 管 理 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 圖 24 Zigbee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 物理層（ PHY） 物理層定義了物理無(wú)線信道和 MAC 子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服 務(wù)和物理層管理服務(wù)。底層為上層提供服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體提供所有的其他管理服務(wù)。在 的速率為 250k 每秒，在 915MHz 的速率為 40k每秒在 868MHz 的速率為 20k 每秒 [13]。 提供了三個(gè)工作頻段 :,915MHz 以及 868MHz。 標(biāo)準(zhǔn)概述 是一個(gè)低速率無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理