【正文】 C 1 +C 1 C 2 C 2 +T 1 O U TR 1 I NT 2 O U TR 2 I NU C CU +U G N DT 1 I NR 1 O U TT 2 I NR 2 O U T1 6261 51 11 21 0913541 41 3785948372 611 01 1C 11 u FC 21 u FM A X 2 3 2D B 9V C C 3 . 3 VC 31 u FC 41 u FC 51 u F 圖 串口通信接口電路 接口電路如圖 ，該電路由 C1和 C2兩個電容接 MAX232的 1(C1+)、 3（ C1） 、 5（ C2） 、4(C2+)腳，為耦合電容；后 MAX232的 14(T1OUT)、 13(R1IN)、 7（ T2OUT） 、 8（ R2IN） 分別接 DB9的 3（ TXD） 、 2（ RXD） 、 8（ CTS） 、 7（ RTS） ，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和傳送；（ U）、 15（ GND） 分別通過電容接地； MAX232的 11（ T1IN） 、 12(R1OUT)、 10（ T2IN） 、 9（ R2OUT） 分別接 CC2530的 P1P1 P1 P13，實現(xiàn)和上位機的通信； 16（ UCC） 接 5V的電源來使芯片工作。 （ 3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 CC2530 芯片的主要特點如下： (1)工作頻帶： 2405MHz～ 2480MHz (2)支持 、 ZigBee202 ZigBee PRO 和 ZigBee RF4CE 等標準 (3)主控芯片： CC2530F256 (4)通信協(xié)議標準： IEEE 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 50 頁 (5)網(wǎng)絡拓撲結構：星狀、網(wǎng)狀 (6)數(shù)據(jù)傳輸速率： 250Kbps (7)天線模式：外置天線 (8)通信范圍： 300 米～ 450 米 (9)接收靈敏度： 97dBm (10)發(fā)射電流： 29mA (11)接收電流： 24mA (12)工作溫度： 40～ 85℃ (13)電源： ～ (14)模塊外形尺寸： 40 34mm 接口 模塊 電路設計 由于其傳輸特性的局限，其標準有其固有的缺點： （ 1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL電路連接。最后經(jīng)過低通濾波器和上變頻的混頻后，將射頻信號被調制到 ，后經(jīng)天線發(fā)送出去?；鶐盘柕耐喾至亢驼环至坑?DAC 轉換成模擬信號，經(jīng)過低通濾波，變頻到所設定的信道上。 CC2530的電路如 圖 ： 。數(shù)據(jù)發(fā)送時 ,首先寫入字節(jié)長度 ,然后寫入幀控制和負載 ,無線電模塊自動添加 PHY層同步頭和 FCS,通過選通命令 STXON或 STXONCCA發(fā)送數(shù)據(jù) 。當 CC2530發(fā)出溫度轉換命令后， DSl8820將測得的溫度值保存在 MSB(高 8位 )、LSB(低 8位 1 2個單元中，以供 CC2530讀取。由 于每片 DSl8820均有唯一的產品序列號，所以允許在單總線上掛接數(shù)十至上百片數(shù)字式傳感器，并可以非常方便地構成多路溫度測量系統(tǒng)。 該節(jié)點由無線收發(fā)器 CC25射頻天線 RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。 CC2530可以同時接 32 MHz和 32． 768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。不平衡變壓器可以運行在使 用低成本的單獨電感器和電容器的場合。 RF的輸入／輸出是高阻和差動的，用于 RF口最合適的差動負載是(115+j180)Ω 。該芯片除了具有標準 8051的數(shù)字外設之外，片內還集成了許多有用 的模擬和數(shù)字外設及功能部件，如模擬多路開關、可編程增益放大器、 ADC、 DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 50 頁 器、看門狗定時器等 ,支持在系統(tǒng)編程和調試等，本系統(tǒng)主控單元由 單片機 與 CC2530共同完成數(shù)據(jù)的收集、存儲、顯示。 在硬件設計上它采用流水線結構，機器周期由標準的 12個系統(tǒng)時鐘周期降到 1個，因此指令執(zhí)行速度有很大的提高。 CC2530可工作 在 GHz頻段，采用低電壓 (～ V)供電，待機時電流消耗僅 ，但靈敏度高達 91dBm、最大輸出為 +、最大傳送速率為 250 kbps。 CC2530是 TI公司推出的新一代 ZigBee無線單片機系列芯片。當用戶沒有數(shù)據(jù)請求時，傳感器節(jié)點只進行低功耗的信道掃描。協(xié)調器節(jié)點可以與多個傳感器節(jié)點通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時監(jiān)測多個區(qū)域，何時檢測哪個區(qū)域通常由用戶通過協(xié)調 器節(jié)點來控制。圖 中 所示是其組成示意圖，其中 ZigBee協(xié)調器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點。 5 0 u s2 6 u s 2 8 u sV D D 主 機 信 號 從 機 信 號G N D 圖 位數(shù)據(jù)“ 0”的格式 5 0 u s 7 0 u sV C CG N D主 機 信 號 從 機 信 號 圖 位數(shù)據(jù)“ 1”的格式 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 50 頁 測量分辨率 :測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度） [14]。 主 機 信 號 從 機 信 號 1 8 m sV C CG N D主 機 拉 低 后 釋 放 總 線 圖 主機發(fā)送起始信號 （ 3） DHT11的 DATA引腳檢測到外部信號有低電平時，等待外部信號低電平結束，延遲后 DHT11的 DATA 引腳處于輸出狀態(tài)，輸出 80us 的低電平作為應答信號，緊接著輸出 80us 的高電平通知外設準備接受數(shù)據(jù)，微處理器的 I/O 此時處于輸入狀態(tài)，檢測到 I/O 有低電平（ DHT11 回應信號）后 ，等待 80us 的高電平后的數(shù)據(jù)接收。 V C CG N D單 總 線 信 號 說 明 ： 主 機 信 號 D H T 信 號 主 機 發(fā) 開 始 信 號 D H T 響 應 信 號 數(shù) 據(jù) “ 0 ”拉 高 并 延 時信 號 拉 高 延 時 準 備 信 號數(shù) 據(jù) “ 1 ”叢 機 拉 低5 0 u s數(shù) 據(jù) 傳 送 結 束上 拉 電 阻 拉 高總 線 圖 數(shù)據(jù)時序圖 （ 1） DHT11 上電后，測試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，同時 DHT11 的 DATA 數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平；此時 DHT11 的 DATA 引腳處于輸入狀態(tài)，時刻檢測外部信號。 “ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)” 8bit 校驗位等于所得結果的末 8 位。 DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步 ,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40 位數(shù)據(jù)，高位先出。設備（主機或從機）通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù) 時能夠釋放總線，而讓其它設備使用總線；單總線通常要求外接一個約 ，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。 串行接口（單線雙向） ： DHT11 器件采用簡化的單總線通信。 引腳 1： VDD 供電 引腳 2： DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 引腳 3： NC 空腳，懸空 引腳 4： GND 接地，電源負極 傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。 用戶主機（ MCU）發(fā)送一次開始信號后， DHT11 從低功耗模式轉換到高速模式，待主機開始信號結束后， DHT11 發(fā)送響應信號，送出 40bit 數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信息采集。 單總線傳送數(shù)據(jù)位定義： DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通信同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40bit 數(shù)據(jù)，高位先出。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。 8. 完全互換 。 6. 超低能耗 。 4. 無需外加器件 。 ，數(shù)字輸出 ?？梢詰迷谂照{、除濕器、濕度調節(jié)器、醫(yī)療等相關領域。產品為 4 針單排引腳封裝，連接方便 [13]。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。傳感器包括一個 電阻式感濕元件 和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。每個接收到 RREQ的節(jié)點都保留了一個“先驅列表”，用來幫助完成錯誤報告功能，在這個列表中保存了當前節(jié)點的一個相鄰節(jié)點，而這個相鄰節(jié)點的 去往故障節(jié)點的下一跳就是當前節(jié)點 [11]。同時，在數(shù)據(jù)傳送過程中，節(jié)點會監(jiān)視一個活動路由中下一跳節(jié)點的狀況，當中間節(jié)點檢測到正在傳輸數(shù)據(jù)的活動路由有鏈路斷開或節(jié)點收到去往某個目的節(jié)點的數(shù)據(jù)報文而節(jié)點沒有到該目的節(jié)點的有效路由的情況時，中間節(jié)點就以單播或多播的方式發(fā)出路由錯誤 RERR 消息通知其他節(jié)點以修復路由。路由表項建立以后，路由中的每個節(jié)點都要執(zhí)行管理路由表和路由維持的任務，其路由表中都需要保持一個路由表項，這個路由表象都有一個相應目的地址，用來實現(xiàn)逐條轉發(fā)。當RREQ 到達了擁有一條通向目的節(jié)點足夠新的路徑的中間節(jié)點或目的節(jié)點時，目的節(jié)點或該中間節(jié)點通過已經(jīng)建立的反向路徑以單播的方式向轉發(fā)給它 RREQ 拷貝的鄰近節(jié)點發(fā)送一個路徑響應分組(RREP)。 當源節(jié)點希望發(fā)送數(shù)據(jù)而又沒有到目的節(jié)點的現(xiàn)存的有效路由時，將會啟動一個路由發(fā)現(xiàn)過程：給相互處于對方的無線電覆蓋范圍之內的鄰近節(jié)點廣播一個路徑請求分組 (RREQ)， AODV 路由協(xié)議中的中間節(jié)點允許響應 RREQ， RREQ 會被這些鄰近節(jié)點繼續(xù)轉發(fā)，直到到達一個擁有到達目的節(jié)點的足夠新鮮路徑的中間節(jié)點或目的節(jié)點。 在 AODV 路由協(xié)議中，啟動路由發(fā)現(xiàn)過程時， 要求特定的消息（ RREQ 等 ） 在其鄰居節(jié) 點間散布 ， 而且 有可能散布至整個網(wǎng)絡 結構 。 比如說 ，發(fā)起請求的節(jié)點 必須 要用它 獨有的 的 IP 地址作為消息中的發(fā)起者 IP。 協(xié)議的基本原理： 路由請求（ RREQ），路由回復（ RREP）和路由錯誤（ RERR）是 AODV 定義的三 種類型的 消息控制幀 。此外， AODV 另一個顯著的特點是它加入了組播路由協(xié)議擴展，并支持 QOS。目的序列號的使用確保了無回環(huán)，并且易于編程。 AODV 的一個顯著特點是它在每個路由表項上使用了目的序列號。 AODV 的操作是無自環(huán)的，并且由于解決了 BellmanFord“無窮計數(shù) ”的問題，使得該算法在網(wǎng)絡拓撲變化時能夠快速收斂。 它是一種按需的改進的距離向量路由協(xié)議，具有按需路由協(xié)議的特點即在 AODV 路由協(xié)議中，網(wǎng)絡中的每個節(jié)點在需要進行通信時才發(fā)送路由分組，而不會周期性地交互路由信息以得到所有其它主機的路由；同時具有距離向量路由協(xié)議的一些特點，即各節(jié)點路由表只維護本節(jié)點到其他節(jié)點的路由，而無需掌握全網(wǎng)拓撲結構。 P A N 協(xié) 調 器P A N 協(xié) 調 器F F D R F D 信 息 流 圖 星型和簇樹型網(wǎng)絡拓撲結構 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 50 頁 AODV 路由協(xié)議 AODV 自組織按需請求型距離向量路由協(xié)議（ Ad Hoc On Demand Distance Vector,簡稱 AODV），AODV 采用的是逐跳轉發(fā)分組方式，在每個節(jié)點之間保存了路由請求和路由回答的結果，因此路由的頭部不需要攜帶完