【正文】 送的。 液晶顯示電路 ，3號(hào)管腳和2號(hào)管腳之間的電位器R8的阻值為10K，其作用是對(duì)比度調(diào)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(bào)警電路 ，LED報(bào)警指示燈和蜂鳴器分別有兩個(gè)管腳控制，當(dāng)報(bào)警命令出現(xiàn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警同步進(jìn)行。 MQ2煙霧傳感器 CC2430的接收模塊控制聲光報(bào)警電路。MQ2采集到的煙霧信號(hào)通過1K歐姆電阻后輸出的是0~5V的電壓信號(hào)，所以煙霧傳感器輸出的模擬信號(hào)在進(jìn)入CC2430內(nèi)置ADC的模擬輸入端之前，必須先經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換。固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)的敏感元件是由測(cè)量電極和加熱器構(gòu)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(gè)，不然就需要考慮總線驅(qū)動(dòng)[14]的問題。另一方面當(dāng)環(huán)境溫度高于1000C時(shí)，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(shè)計(jì)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(shì)。在CC2430的內(nèi)部使用了發(fā)送接收開關(guān)電路，本系統(tǒng)中使用的兩片CC2430芯片，可以相互配合實(shí)現(xiàn)接收終端傳感器采集的信號(hào)后，經(jīng)無線傳輸模塊，將現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)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(jī)。本設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)之一是天線部分的設(shè)計(jì)，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(gè)電感和四個(gè)電容組成。其中USART串口可以通過RS232與上位機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，上位機(jī)的人機(jī)界面顯示終端的現(xiàn)場(chǎng)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(gè)模塊之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能[17]，必須設(shè)計(jì)電源電路。如果在ADCCFG的設(shè)置內(nèi)禁止了ADC的模擬輸入，那么這個(gè)ADC引腳的輸入通道將被自動(dòng)忽略。 CC2430發(fā)送模塊 ，由于CC2430芯片內(nèi)部集成了8051內(nèi)核和ADC，所以本系統(tǒng)中無需外接微處理器和模數(shù)轉(zhuǎn)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(nèi)部ADC的模擬量輸入端[16]，即使用了CC2430內(nèi)部的ADC，所以寄存器ADCCFG的對(duì)應(yīng)位必須設(shè)置為1。CC2430的Flash存儲(chǔ)器專門用來存儲(chǔ)程序代碼，通過使用編程命令，啟動(dòng)Flash存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)功能，寫操作可以編程存儲(chǔ)器里的任意的字。本設(shè)計(jì)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(nèi)部晶體振蕩器，另外采用關(guān)閉RC振蕩器的工作方式，目的也是為了達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能，其中這兩個(gè)負(fù)載電容C8和C9的值均為27PF。CC2430[14]內(nèi)部的振蕩信號(hào)即可以來自外接電路的有源晶體，也可以來自芯片內(nèi)部電路。本設(shè)計(jì)中采用的是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩片發(fā)射模塊相當(dāng)于星型網(wǎng)絡(luò)中的無線終端設(shè)備，接收模塊相當(dāng)于協(xié)調(diào)器。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3無線傳感系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本課題研究設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括： （1）IEEE 無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其節(jié)點(diǎn)類型包括終端型和路由型； （2）設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)包括煙霧、溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件邏輯框圖；（4）編寫程序，焊接簡(jiǎn)易實(shí)物，調(diào)試實(shí)物，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。一般情況下，建筑物內(nèi)區(qū)域較寬廣，需要測(cè)量多個(gè)地方的煙霧和溫度，一個(gè)空間內(nèi)需放置多個(gè)傳感器來檢測(cè)，將這些傳感器與下位機(jī)的無線傳輸模塊連接起來，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使一定空間內(nèi)的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。12864液晶顯示芯片共有20個(gè)管腳，體積較小，功能相對(duì)強(qiáng)大，具有七種特定功能，可以實(shí)現(xiàn)全屏幕點(diǎn)陣，有助于解決系統(tǒng)的能耗和體積問題，適合本設(shè)計(jì)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(cè)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(yīng)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(dǎo)率較低。多個(gè)DS18B20芯片可以掛接在一條總線上，無需任何外加硬件，直接構(gòu)成多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這種特性使得DS18B20的應(yīng)用場(chǎng)合較廣。 單總線溫度傳感器DS18B20考慮到建筑物內(nèi)溫度采集點(diǎn)較多，所以系統(tǒng)中要使用的溫度傳感器個(gè)數(shù)較多。RF收發(fā)器技術(shù)是業(yè)界領(lǐng)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(gè)晶體就可以組網(wǎng)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，因此CC2430芯片內(nèi)部集成的8051內(nèi)核是一種高效微控制器。其中CC2430芯片內(nèi)部集成的8051內(nèi)核，是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)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(chǔ)器的微處理器，可以反復(fù)擦除1000次，而且比51系列單片機(jī)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(shí)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(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)更大范圍的煙霧溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)該模塊具有體積小、功耗低、接口簡(jiǎn)單、易于組網(wǎng)以及升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于較低數(shù)據(jù)速率的短距離通信應(yīng)用，尤其是在智能無線傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著廣闊的應(yīng)用前景。電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)使用方便，易于維修。相對(duì)于前兩家公司生產(chǎn)的無線射頻模塊而言，TI公司推出的ZigBee無線單片機(jī)系列芯片性能穩(wěn)定，價(jià)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(nèi)，使用時(shí)調(diào)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(dòng)成果。 星型結(jié)構(gòu) 樹狀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 方案選擇目前市場(chǎng)上具有ZigBee協(xié)議功能的芯片有很多種，運(yùn)用ZigBee技術(shù)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(jī)MSP4Freescale 公司的MC13XX和GT60、Microchip公司的MJ2440和單片機(jī)PIC MCU等下位機(jī)控制模塊；（2）單芯片集成SoC：如TI公司新推出的CC2430/CC2431(8051 內(nèi)核)模塊、Freescale公司生產(chǎn)的MC1321X 、EM250等；（3）內(nèi)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(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，ZigBee節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)ZigBee煙霧溫度無線監(jiān)測(cè)的參數(shù)采集時(shí)，擬采用該種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸機(jī)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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種，所以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸確認(rèn)機(jī)制也不同。樹狀網(wǎng)絡(luò)可以定期發(fā)送信標(biāo)，使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能夠做到很好的同步，便于節(jié)點(diǎn)定期進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而降低系統(tǒng)功耗，延長拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)壽命。結(jié)合建筑物內(nèi)煙霧溫度無線傳感系統(tǒng)的應(yīng)用，星型結(jié)構(gòu)(Star)和樹狀結(jié)構(gòu)(Tree)適合該應(yīng)用背景。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 ZigBee協(xié)議規(guī)范研究及分析ZigBee技術(shù)是近幾年快速發(fā)展起來的一種無線通訊技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[10]：星型結(jié)構(gòu)(Star)、樹狀結(jié)構(gòu)(Tree)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)。近年來基于ZigBee技術(shù)的煙霧溫度傳感系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合越來越廣，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信息，以便用來做好對(duì)意外情況的預(yù)防并制定及時(shí)的解決方案，是一種功能完善，適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用廣的監(jiān)測(cè)裝置。本系統(tǒng)在低耗待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可供1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月，甚至更長時(shí)間，而若給藍(lán)牙供電僅能工作數(shù)周、WiFi僅僅工作數(shù)小時(shí)。采用CC2430模塊通過ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)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(jī)）和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（上位機(jī)）。隨著技術(shù)的發(fā)展，可將多種探測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合，將現(xiàn)有分布智能式有線報(bào)警系統(tǒng)與ZigBee無線技術(shù)相結(jié)合，建設(shè)新型分布智能型復(fù)合探測(cè)無線消防報(bào)警系統(tǒng)。國內(nèi)市場(chǎng)上也已經(jīng)推出了多種無線通信傳感系統(tǒng)，例如基于藍(lán)牙技術(shù)的無線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)[7]、基于ZigBee的家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[8]、基于ZigBee和以太網(wǎng)的大學(xué)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(bào)警系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家是美國松柏公司（ITI公司），該系統(tǒng)既可作為火災(zāi)報(bào)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(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于消防領(lǐng)域，進(jìn)行建筑物內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)[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(zāi)自動(dòng)報(bào)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(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),便于工作人員及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，最大程度的減少災(zāi)難帶來的損失[1]。目前火災(zāi)體現(xiàn)出復(fù)雜化、立體化、擴(kuò)展快的特點(diǎn)，對(duì)公眾的生命和財(cái)產(chǎn)造成極嚴(yán)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(shè)計(jì)方案 3 ZigBee協(xié)議規(guī)范研究及分析 3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制 3 ZigBee節(jié)能技術(shù)探討 4 方案選擇 5 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu) 73無線傳感系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 無線傳輸模塊的電路設(shè)計(jì) 9 溫度采集電路設(shè)計(jì) 13 煙霧采集電路設(shè)計(jì) 14 14 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 15 遠(yuǎn)紅外遙感電路設(shè)計(jì) 16 串口電路設(shè)計(jì) 17 174 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 終端測(cè)量節(jié)點(diǎn)加入無線網(wǎng)絡(luò) 18 終端節(jié)點(diǎn)信號(hào)采集 19 數(shù)據(jù)傳送 20 系統(tǒng)主流程 215 系統(tǒng)性能調(diào)試 23 終端實(shí)驗(yàn)板 23 上位機(jī)界面 236 抗干擾設(shè)計(jì) 26 存在的干擾表現(xiàn) 26 抑制干擾的措施 26結(jié) 論 27參 考 文 獻(xiàn) 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(nèi)的安防問題一直是關(guān)系社會(huì)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(jià)比較高，適應(yīng)能力強(qiáng)，復(fù)雜度低，極大的提高系統(tǒng)可靠性、靈活性和檢測(cè)范圍，降低系統(tǒng)的成本，具有較好的應(yīng)用前景。采用CC2430模塊通過ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能。濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 基于ZigBee的煙霧溫度傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 儀器0901 學(xué) 生 5645136 學(xué) 號(hào) 49 指導(dǎo)教師 王中華 二〇一三年六月八日 1 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要無線傳感技術(shù)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(diǎn)，極大的迎合了公眾的節(jié)能，使用方便的需求心理。本文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)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(jī)）和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（上位機(jī)），上位機(jī)和下位機(jī)呈現(xiàn)一對(duì)多的關(guān)系。本文根據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)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(shè)計(jì)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(gòu)成系統(tǒng)的相關(guān)電路，制定了數(shù)據(jù)無線傳輸通訊協(xié)議，編制了相關(guān)程序，并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試。關(guān)鍵詞：ZigBee；無線傳感系統(tǒng)；下位機(jī)；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