【正文】 理圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件由數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端程序組成，均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序。 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 上位機(jī)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)（1）JTAG程序調(diào)試接口CC2430提供了一個(gè)JTAG程序調(diào)試接口，用于用戶連接仿真器調(diào)試程序和仿真使用。傳感器模塊負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)放大后給處理器進(jìn)行下一步處理。電源模塊主要給處理器和電源管理模塊供電。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)應(yīng)用電路圖 傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器CC2430模塊、天線模塊、電源模塊、電源管理模塊、功率放大模塊、LED指示燈部分組成。CC2430的工作電壓為 3～ V，所以要用電壓轉(zhuǎn)換模塊把電壓從5 V降低到 V左右；用戶通過(guò)按鍵來(lái)選擇功能菜單，確定采集哪個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器是實(shí)現(xiàn)組星型網(wǎng)的關(guān)鍵。64 位ROM 包含了DS18B20 唯一的序列號(hào)（唯一的名字）。這一目的告訴我們，一線總線在空置狀態(tài)時(shí)，都是一直處于高電平。 DS18B20引腳圖DS18B20 有三只引腳，VCC，DQ，和VDD。DS18B20的特點(diǎn):l 獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí),僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；l 在使用中不需要任何外圍元件；l 可用數(shù)據(jù)線供電電壓范圍+～+；l 測(cè)溫范圍:55～+125℃,℃；l 通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式；l 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；l 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能：多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。,并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電,而無(wú)需額外電源。 溫度采集芯片 DS18B20 介紹DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。 l 片上資源豐富。 l 功耗低。 l 支持載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入（沖突檢測(cè)）(CSMACA)。 其特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面： l 一個(gè)加強(qiáng)型的工業(yè)級(jí)的8051微處理器，具有極低的功耗，更快的運(yùn)行速度。 CC2430內(nèi)部功能圖CC2430芯片采用0．18 pm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。 kHz的石英諧振器（XTAL2）和2個(gè)電容（C441和C431） kHz的晶振電路。R221和R261為偏置電阻，電阻R221主要用來(lái)為32 MHz的晶振提供一個(gè)合適的工作電流。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L34L32L331以及一個(gè)PCB微波傳輸線組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50 Ω)的要求。其I／O口引腳功能如下：1～6腳(P1．2～P1．7)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力；8，9腳(P1．0，P1．1)：具有20 mA的驅(qū)動(dòng)能力；11～18腳(P0．O～P0．7)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力；43～46，48腳(P2．0～P2．4)：具有4 mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。CC2430還有21個(gè)可編程的I/O口引腳，PO、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。該芯片延用以往CC2420芯片的結(jié)構(gòu)，在單個(gè)芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。傳感器終端的主要工作是將溫度傳感器測(cè)量出的溫度信息，經(jīng)過(guò)微處理芯片的處理，在經(jīng)過(guò)無(wú)線射頻部分將信息傳送出去給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 溫度傳感器終端總體設(shè)計(jì)方案由于考慮到該終端要具有高精度、低功耗、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，所以微處理芯片將直接選取 Chipcon 公司生產(chǎn)的世界上首個(gè)真正的單芯片ZigBee解決方案CC2430作為終端的核心。l 設(shè)備簡(jiǎn)單。低功耗也是傳感器終端非常重要的性能指標(biāo)之一，因?yàn)榻K端一般都是采用電池供電，而且經(jīng)常放在一些環(huán)境比較復(fù)雜，不宜經(jīng)常更換的地方。在多數(shù)情況下，終端所監(jiān)測(cè)的環(huán)境范圍比較廣，特別是在某些大型實(shí)驗(yàn)室，要求布置的終端個(gè)數(shù)較多，因此考慮單個(gè)終端的成本尤為重要。在多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室中，溫度都是比較敏感的環(huán)境指標(biāo)，因此就要求傳感器終端的對(duì)溫度變化的靈敏度及其精度要足夠高。 相信，在不久的將來(lái)，作為新興的短距離無(wú)線通信技術(shù)，ZigBee產(chǎn)品將以各種各樣的方式快步向我們走來(lái)，成為人類生活中不可或缺的一部分。據(jù)無(wú)線數(shù)據(jù)研究小組統(tǒng)計(jì)，2007 年ZigBee產(chǎn)品在市場(chǎng)上的收益可達(dá)到80多億美元，到了2009年。 未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)除了以低成本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸外，還要求在無(wú)專用通信基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有自適應(yīng)性和生存能力，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)恰好滿足上述要求，所以無(wú)線傳感器在未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)中會(huì)起到越來(lái)越重要的地位。ZigBee 就是這樣的一種技術(shù)，在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部署大量的廉價(jià)微型 ZigBee節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線通信的方式形成一個(gè)多條的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)協(xié)作、感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中應(yīng)用對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者以供監(jiān)測(cè)。適合于建立大型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過(guò)路由轉(zhuǎn)發(fā)的形式，以增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積。它也具有一個(gè)主協(xié)調(diào)器，但是網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)設(shè)備都可以與之進(jìn)行通信。其它的子設(shè)備既可以作為終端也可以作為路由器來(lái)使用，實(shí)際上樹(shù)簇狀網(wǎng)絡(luò)就是對(duì)星型網(wǎng)絡(luò)的一種擴(kuò)展。若干個(gè)葉節(jié)點(diǎn)設(shè)備連接在一個(gè)全功能設(shè)備FFD上形成一個(gè)“簇”，若干個(gè)“簇”再連接成“樹(shù)”，故稱為樹(shù)簇形 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖對(duì)于樹(shù)簇型網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，比較適合分布范圍比較大的場(chǎng)合。其他從設(shè)備則直接與 主協(xié)調(diào)器通信，一般是精簡(jiǎn)功能的設(shè)備。在星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，主要由一個(gè)主協(xié)調(diào)器和若干個(gè)從設(shè)備組成，如圖 。在一個(gè)大型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，只有合理的搭配使用全功能設(shè)備和精簡(jiǎn)功能設(shè)備，這樣才能使系統(tǒng)的成本達(dá)到最小化。在由ZigBee設(shè)備構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)路中，至少要有一個(gè)全功能設(shè)備做為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主協(xié)調(diào)器，它相對(duì)于其他的全功能設(shè)備具有更強(qiáng)大的功能，例如超大的存儲(chǔ)空間、大功率的收發(fā)機(jī)等等。在一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中既有全功能設(shè)備,又有精簡(jiǎn)功能設(shè)備，精簡(jiǎn)設(shè)備的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型ZigBee 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種設(shè)備類型，一種是全功能設(shè)備（FFD），一種是精簡(jiǎn)功能設(shè)備。這些應(yīng)用程序使用 ZigBee 聯(lián)盟給出的并且批準(zhǔn)的規(guī)范進(jìn)行開(kāi)發(fā)且 運(yùn)行在端點(diǎn) 1 至 240 上。ZigBee設(shè)備配置層是用來(lái)提供標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee 配置服務(wù)，它可以定義和處理描述符請(qǐng)求。 它是由應(yīng)用支持子層（APS）、ZigBee 設(shè)備配置層和用戶程序來(lái)組成的。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體(NLDE)通過(guò)相關(guān)的服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)來(lái)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)通過(guò)相關(guān)的服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)來(lái)提供。 網(wǎng)絡(luò)層確保 MAC 子層的正確操作，并為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。其中，PDSAP 是 PHY 層提供給 MAC 的 數(shù)據(jù)服務(wù)接口；PLMESAP是PHY層給MAC層提供的管理服務(wù)接口；MLMESAP是由MAC層提供給網(wǎng)絡(luò)層的管理服務(wù)接口，MCPSSAP是MAC層提供給網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)服務(wù)接口；MAC層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)主要是實(shí)現(xiàn)MAC數(shù)據(jù)幀的傳輸；MAC層的管理服務(wù)主要有信道的訪問(wèn)，PAN的開(kāi)始和維護(hù)，節(jié)點(diǎn)加入和退出PAN網(wǎng)、設(shè)備間的同步實(shí)現(xiàn)、傳輸事務(wù)管理等。前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中的正確收發(fā)，而后者從事MAC層的管理活動(dòng)，并維護(hù)一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。 媒體訪問(wèn)控制層(MAC層) ZigBee 的媒體訪問(wèn)控制層的主要功能是為兩個(gè) ZigBee 設(shè)備的MAC層實(shí)體之 間提供可靠的數(shù)據(jù)鏈路。 ZigBee的頻率：、868MHz、915MHz。它的設(shè)計(jì)將直接影響到電路的復(fù)雜度和能耗。其中應(yīng)用層又包括應(yīng)用支持子層、 ZigBee 設(shè)備對(duì)象、制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。IEEE 將 定義為低數(shù)率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)分別定義了 PHY 層和 MAC 層。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使ZigBee設(shè)備間的通信成為輕而易舉的事情。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。1個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)主設(shè)備，1個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多l(xiāng)O0個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。ZigBee可以采用星形、網(wǎng)狀、串狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，而且可以通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)連接組成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。l 節(jié)點(diǎn)通信設(shè)置易于配置。針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用作了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。模塊價(jià)格低廉，且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。l 可靠。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技術(shù)可以確保兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。ZigBee技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)主要由物理(PHY)層、媒體接人控制(MAC)層、網(wǎng)絡(luò)／安全層以及應(yīng)用框架層組成。每一層負(fù)責(zé)完成所規(guī)定的任務(wù)，并且向上層提供服務(wù)。 ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。第二章 ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ) ZigBee技術(shù)概述。第三章 ：溫度傳感器終端設(shè)計(jì)分析了設(shè)計(jì)的基本原則，總體設(shè)計(jì)方案，終端硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。本論文共分為六章，具體結(jié)構(gòu)如下：第一章 ：緒論簡(jiǎn)要介紹了課題研究的背景和意義，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，并介紹了本文的整體結(jié)構(gòu)。 溫度信息的傳輸與處理。主要的研究?jī)?nèi)容包括： 溫度信息的采集。l 衛(wèi)生保?。嚎梢栽诓∪松砩习惭b用于檢測(cè)身體機(jī)能的傳感器節(jié)點(diǎn)，這些信息匯總后，傳送給醫(yī)生，進(jìn)行及時(shí)處理，為遠(yuǎn)程醫(yī)療創(chuàng)造條件。l 大型設(shè)備的監(jiān)控：在一些大型設(shè)備中，需要對(duì)一些關(guān)鍵部件的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。邊遠(yuǎn)或偏僻野外地區(qū)、植被不能破壞的自然保護(hù)區(qū)，無(wú)法采用固定或預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行通信，也可以采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行信號(hào)采集與處理。l 緊急和臨時(shí)場(chǎng)合。l 軍事應(yīng)用。傳感器節(jié)點(diǎn)分布非常密集，利用節(jié)點(diǎn)之間高度連接性來(lái)保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性和抗毀性。l 節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動(dòng)；一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；一個(gè)節(jié)點(diǎn)也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是信息的發(fā)起者，也是信息的轉(zhuǎn)發(fā)者。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。l 多跳路由。l 自組織網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點(diǎn)地位平等，是一個(gè)對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)。因此在傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中，任何技術(shù)和協(xié)議的使用都要以節(jié)能為前提。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由電池供電，電池的容量一般不是很大。這一點(diǎn)決定了在節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，協(xié)議層次不能太復(fù)雜。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)目前常見(jiàn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括移動(dòng)通信網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)、Adhoc網(wǎng)絡(luò)等，與這些網(wǎng)絡(luò)