【正文】 送的。 液晶顯示電路 ，3號管腳和2號管腳之間的電位器R8的阻值為10K，其作用是對比度調整。若選擇使用并口通訊模式，可以讓PSB一直處于高電平狀態(tài)，也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。 聲光報警電路 ，LED報警指示燈和蜂鳴器分別有兩個管腳控制，當報警命令出現(xiàn)時，可實現(xiàn)聲光報警同步進行。 MQ2煙霧傳感器 CC2430的接收模塊控制聲光報警電路。MQ2采集到的煙霧信號通過1K歐姆電阻后輸出的是0~5V的電壓信號，所以煙霧傳感器輸出的模擬信號在進入CC2430內置ADC的模擬輸入端之前，必須先經(jīng)過電壓轉換。固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內的敏感元件是由測量電極和加熱器構成的，其中加熱器為傳感器提供了必要的工作條件。單條總線上掛接的溫度傳感器的數(shù)目最好不要超過8個，不然就需要考慮總線驅動[14]的問題。另一方面當環(huán)境溫度高于1000C時，若使用寄生電源，DS18B20溫度傳感器的漏電流較大，影響通訊。為了盡可能的減少使用CC2430的I/O口，本次設計所有各硬件部分電路均采用外部電源供電方式，這樣做有兩方面的優(yōu)勢。在CC2430的內部使用了發(fā)送接收開關電路，本系統(tǒng)中使用的兩片CC2430芯片，可以相互配合實現(xiàn)接收終端傳感器采集的信號后，經(jīng)無線傳輸模塊，將現(xiàn)場采集的信號發(fā)送至接收模塊，再經(jīng)RS232串口通訊，將處理后的信息傳到上位機。本設計中的難點之一是天線部分的設計，為提高天線的性能，采用單極不平衡天線，CC2430和天線之間由巴倫電路與三個電感和四個電容組成。其中USART串口可以通過RS232與上位機相連，從而實現(xiàn)下位機的實時監(jiān)控，上位機的人機界面顯示終端的現(xiàn)場狀況。 CC2430接收模塊由于傳感器模塊的供電電壓是5V，所以若要這兩個模塊之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能[17]，必須設計電源電路。如果在ADCCFG的設置內禁止了ADC的模擬輸入，那么這個ADC引腳的輸入通道將被自動忽略。 CC2430發(fā)送模塊 ，由于CC2430芯片內部集成了8051內核和ADC，所以本系統(tǒng)中無需外接微處理器和模數(shù)轉換電路，P0口是模擬量的輸入口，煙霧傳感器MQ2輸出的是模擬量，所以必須接CC2430內部ADC的模擬量輸入端[16]，即使用了CC2430內部的ADC，所以寄存器ADCCFG的對應位必須設置為1。CC2430的Flash存儲器專門用來存儲程序代碼，通過使用編程命令，啟動Flash存儲器實現(xiàn)寫數(shù)據(jù)功能，寫操作可以編程存儲器里的任意的字。本設計將使CC2430的無線射頻模塊只能工作在32MHz的晶振頻率下，將使用內部晶體振蕩器，另外采用關閉RC振蕩器的工作方式，目的也是為了達到整個系統(tǒng)的節(jié)能，其中這兩個負載電容C8和C9的值均為27PF。CC2430[14]內部的振蕩信號即可以來自外接電路的有源晶體，也可以來自芯片內部電路。本設計中采用的是星型拓撲結構，兩片發(fā)射模塊相當于星型網(wǎng)絡中的無線終端設備，接收模塊相當于協(xié)調器。 系統(tǒng)硬件結構圖3無線傳感系統(tǒng)的硬件設計 本課題研究設計的主要內容包括： （1）IEEE 無線網(wǎng)絡通信協(xié)議，以及ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構設計，其節(jié)點類型包括終端型和路由型； （2）設計各硬件部分電路，給出系統(tǒng)總體電路圖； （3）數(shù)據(jù)采集接口設計包括煙霧、溫度采集系統(tǒng)設計，軟件邏輯框圖；（4）編寫程序，焊接簡易實物，調試實物，實現(xiàn)相應功能。一般情況下，建筑物內區(qū)域較寬廣，需要測量多個地方的煙霧和溫度，一個空間內需放置多個傳感器來檢測，將這些傳感器與下位機的無線傳輸模塊連接起來，利用網(wǎng)絡拓撲結構，使一定空間內的多個測量點組成網(wǎng)絡節(jié)點。12864液晶顯示芯片共有20個管腳，體積較小，功能相對強大，具有七種特定功能，可以實現(xiàn)全屏幕點陣，有助于解決系統(tǒng)的能耗和體積問題，適合本設計中的節(jié)能目的。該芯片有兩種連接方式，即串行和并行，可以直接與CC2430相連接。普敏煙霧傳感器MQ2可檢測多種可燃性氣體，其性能穩(wěn)定，成本低廉，是一款適合多種應用的氣體傳感器。 氣敏傳感器MQ2MQ2煙霧傳感器的氣敏材料是二氧化錫(SnO2)，這種材料在清潔的空氣中的電導率較低。多個DS18B20芯片可以掛接在一條總線上，無需任何外加硬件，直接構成多點溫度監(jiān)測系統(tǒng)，這種特性使得DS18B20的應用場合較廣。 單總線溫度傳感器DS18B20考慮到建筑物內溫度采集點較多，所以系統(tǒng)中要使用的溫度傳感器個數(shù)較多。RF收發(fā)器技術是業(yè)界領先水平，具有極高的抗干擾性能和接收靈敏度，體積較小，只需要一個晶體就可以組網(wǎng)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，因此CC2430芯片內部集成的8051內核是一種高效微控制器。其中CC2430芯片內部集成的8051內核，是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器[15]，可編程可擦除只讀存儲器的微處理器，可以反復擦除1000次，而且比51系列單片機處理數(shù)據(jù)的速度快8倍。 無線射頻模塊本系統(tǒng)的無線射頻模塊采用的是TI公司新推出的一代專門實現(xiàn)嵌入式ZigBee協(xié)議功能的片上系統(tǒng)。接收端無線模塊接收到數(shù)據(jù)后，通過串口連接到PC機上，從而實現(xiàn)對更大范圍的煙霧溫度進行實時監(jiān)測。同時該模塊具有體積小、功耗低、接口簡單、易于組網(wǎng)以及升級方便等優(yōu)點，適用于較低數(shù)據(jù)速率的短距離通信應用，尤其是在智能無線傳感系統(tǒng)設計中有著廣闊的應用前景。電路設計簡單，整個系統(tǒng)使用方便，易于維修。相對于前兩家公司生產的無線射頻模塊而言，TI公司推出的ZigBee無線單片機系列芯片性能穩(wěn)定，價格低廉，便于使用。若用戶選擇使用Jennic公司的無線芯片，把程序存放在外加的EEPROM內，使用時調用較繁瑣，而且最讓用戶頭疼的是自己開發(fā)的代碼沒有安全保障，不能加密，外人很容易就盜版了自己的勞動成果。 星型結構 樹狀結構 網(wǎng)狀結構 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構 方案選擇目前市場上具有ZigBee協(xié)議功能的芯片有很多種，運用ZigBee技術的無線傳感系統(tǒng)的方案[13]主要有以下三種：（1）ZigBee RF+MCU：如TI公司的CC2420+單片機MSP4Freescale 公司的MC13XX和GT60、Microchip公司的MJ2440和單片機PIC MCU等下位機控制模塊；（2）單芯片集成SoC：如TI公司新推出的CC2430/CC2431(8051 內核)模塊、Freescale公司生產的MC1321X 、EM250等；（3）內置ZigBee 協(xié)議棧的單芯片再外掛其他功能芯片，如Jennic公司的SoC+EEPROM、Ember公司的260和MCU的組合等。當接收到信號時，ZigBee節(jié)點被喚醒，并且可以迅速發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完成之后重新工作在睡眠模式。本文在設計ZigBee煙霧溫度無線監(jiān)測的參數(shù)采集時，擬采用該種數(shù)據(jù)傳輸機制。 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸機制采用ZigBee協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，由于ZigBee協(xié)議規(guī)范中的網(wǎng)絡拓撲結構有多種，所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸確認機制也不同。樹狀網(wǎng)絡可以定期發(fā)送信標，使拓撲結構內部節(jié)點能夠做到很好的同步，便于節(jié)點定期進入休眠狀態(tài)，從而降低系統(tǒng)功耗，延長拓撲結構壽命。結合建筑物內煙霧溫度無線傳感系統(tǒng)的應用，星型結構(Star)和樹狀結構(Tree)適合該應用背景。 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構。 ZigBee協(xié)議規(guī)范研究及分析ZigBee技術是近幾年快速發(fā)展起來的一種無線通訊技術，網(wǎng)絡支持三種拓撲結構[10]：星型結構(Star)、樹狀結構(Tree)和網(wǎng)狀結構(Mesh)。近年來基于ZigBee技術的煙霧溫度傳感系統(tǒng)應用場合越來越廣，可以實時監(jiān)測現(xiàn)場信息，以便用來做好對意外情況的預防并制定及時的解決方案，是一種功能完善，適應能力強，應用廣的監(jiān)測裝置。本系統(tǒng)在低耗待機模式下，2節(jié)5號干電池可供1個節(jié)點工作624個月，甚至更長時間，而若給藍牙供電僅能工作數(shù)周、WiFi僅僅工作數(shù)小時。采用CC2430模塊通過ZigBee協(xié)議實現(xiàn)上位機和下位機數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能。本系統(tǒng)主要有兩部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（無線終端下位機）和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（上位機）。隨著技術的發(fā)展，可將多種探測技術進行綜合，將現(xiàn)有分布智能式有線報警系統(tǒng)與ZigBee無線技術相結合，建設新型分布智能型復合探測無線消防報警系統(tǒng)。國內市場上也已經(jīng)推出了多種無線通信傳感系統(tǒng)，例如基于藍牙技術的無線火災自動報警系統(tǒng)[7]、基于ZigBee的家居安防系統(tǒng)的設計[8]、基于ZigBee和以太網(wǎng)的大學生宿舍防火防盜監(jiān)控系統(tǒng)[9]等。目前國外最大的無線報警系統(tǒng)的生產廠家是美國松柏公司（ITI公司），該系統(tǒng)既可作為火災報警[2]，也可作為保安系統(tǒng)，兩者兼用，是一種高科技的無線安保系統(tǒng)。將智能的無線傳感報警系統(tǒng)應用于消防領域，進行建筑物內的環(huán)境監(jiān)測[3]和救援人員車輛的定位追蹤[4]，將大大地改善傳統(tǒng)有線火災自動報警系統(tǒng)的弊端，而且人性化的智能無線傳感系統(tǒng)克服了有線通信的很多弊端，使用方便，便于維修保養(yǎng)[5]。當監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常情況時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信號,便于工作人員及時采取應對措施，最大程度的減少災難帶來的損失[1]。目前火災體現(xiàn)出復雜化、立體化、擴展快的特點，對公眾的生命和財產造成極嚴重的威脅和損失。 Communication protocol目 錄摘 要 IABSTRACT II1 課題背景及意義 1 課題背景及研究現(xiàn)狀 1 研究目的和意義 22 系統(tǒng)總體設計方案 3 ZigBee協(xié)議規(guī)范研究及分析 3 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構 3 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸機制 3 ZigBee節(jié)能技術探討 4 方案選擇 5 系統(tǒng)整體設計 5 芯片選擇 6 無線射頻模塊 6 單總線溫度傳感器DS18B20 7 氣敏傳感器MQ2 7 液晶顯示模塊 7 系統(tǒng)硬件結構 73無線傳感系統(tǒng)的硬件設計 9 無線傳輸模塊的電路設計 9 溫度采集電路設計 13 煙霧采集電路設計 14 14 液晶顯示電路設計 15 遠紅外遙感電路設計 16 串口電路設計 17 174 系統(tǒng)軟件設計 18 終端測量節(jié)點加入無線網(wǎng)絡 18 終端節(jié)點信號采集 19 數(shù)據(jù)傳送 20 系統(tǒng)主流程 215 系統(tǒng)性能調試 23 終端實驗板 23 上位機界面 236 抗干擾設計 26 存在的干擾表現(xiàn) 26 抑制干擾的措施 26結 論 27參 考 文 獻 28致 謝 30附 錄A 31附 錄B 33 40 1 課題背景及意義 課題背景及研究現(xiàn)狀建筑物內的安防問題一直是關系社會環(huán)境安定和人身安全的重大問題。 Sensor module。此無線傳感系統(tǒng)性價比較高，適應能力強，復雜度低，極大的提高系統(tǒng)可靠性、靈活性和檢測范圍，降低系統(tǒng)的成本，具有較好的應用前景。采用CC2430模塊通過ZigBee協(xié)議實現(xiàn)上位機和下位機數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能。濟南大學畢業(yè)設計畢業(yè)設計 題 目 基于ZigBee的煙霧溫度傳感系統(tǒng)設計 學 院 自動化與電氣工程學院 專 業(yè) 自動化 班 級 儀器0901 學 生 5645136 學 號 49 指導教師 王中華 二〇一三年六月八日 1 濟南大學畢業(yè)設計摘 要無線傳感技術如雨后春筍般日益成熟，其具有成本低、能耗小、無需布線、相互之間沒有電氣干擾等優(yōu)點，極大的迎合了公眾的節(jié)能，使用方便的需求心理。本文設計了一種基于ZigBee技術的煙霧溫度傳感系統(tǒng)，主要有兩部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（無線終端下位機）和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（上位機），上位機和下位機呈現(xiàn)一對多的關系。本文根據(jù)課題設計任務的要求，完成了煙霧傳感器、溫度傳感器、液晶顯示、射頻收發(fā)模塊的選型，設計了由電源模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊、串口模塊等構成系統(tǒng)的相關電路，制定了數(shù)據(jù)無線傳輸通訊協(xié)議，編制了相關程序，并進行了相關的實驗調試。關鍵詞：ZigBee；無線傳感系統(tǒng)；下位機；射頻收發(fā)模塊；通訊協(xié)議ABSTRACT Wireless sensing technology have sprung up day by day mature. It has low cost, low energy consumption, no wiring, and the advantages of no electrical interference between each other, catering to the energy saving of the public, convenient to use the psychological demand. This paper designed a kind of smoke temperature sensing