【正文】 絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)。星型網(wǎng)與對(duì)等網(wǎng)相互結(jié)合便形成了混合網(wǎng)。信息流首先傳至同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部的主節(jié)點(diǎn)上，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)再到達(dá)更高層的子網(wǎng)，隨后繼續(xù)上傳一直到其到達(dá)中心采集節(jié)點(diǎn)為止。但是由于任何的控制和同步信息都要通過(guò)多重的鏈路來(lái)到達(dá)接收點(diǎn)，所以要實(shí)現(xiàn)同步和控制會(huì)比較困難。由于Zigbee 具有功耗低、價(jià)格低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳輸范圍小和支持的節(jié)點(diǎn)眾多等優(yōu)點(diǎn)，因此它和其他的同類型無(wú)線通信技術(shù)相比之下，優(yōu)勢(shì)盡顯無(wú)疑[6]。而這也是Zigbee的支持者們一直以來(lái)比較自豪的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。③時(shí)延短：一般時(shí)延是在15毫秒至30毫秒之間；④安全：Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性的檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES128，還可以靈活的確定它的安全屬性；⑤有效范圍?。篫igbee有效覆蓋范圍為10～75米之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同應(yīng)用模式而定，基本上可以覆蓋普通家庭環(huán)境或者辦公室的環(huán)境；隨著研究進(jìn)一步的深入，傳感器將會(huì)變得更小，而且功能也會(huì)越來(lái)越完善。那時(shí)將會(huì)釋放更多的微小傳感器到大氣中去檢測(cè)任何東西。在工廠安裝這種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必然會(huì)大大的改善工廠運(yùn)作的條件，降低設(shè)備的維護(hù)成本。因此，本設(shè)計(jì)將致力于研究一種基于Zigbee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用通信模塊組建小型無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟硬件設(shè)計(jì)。現(xiàn)在家具產(chǎn)品多種多樣，智能化、小型化的節(jié)能、綠色、安全產(chǎn)品越來(lái)越受到普通大眾的青睞。本課題主要是研究并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于Zigbee協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：發(fā)送端和接收端。第二部分方案選擇主要論述了本課題總體的設(shè)計(jì)思想及系統(tǒng)框圖，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊所用芯片進(jìn)行了選擇。第四部分系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)描述了無(wú)線模塊各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硪约爸鲝哪K軟件設(shè)計(jì)流程。2系統(tǒng)方案選擇森林火災(zāi)不僅給人類經(jīng)濟(jì)的建設(shè)造成了巨大的損失，破壞了生態(tài)環(huán)境，而且也威脅到了我們?nèi)祟惖纳约柏?cái)產(chǎn)安全。只要了解了森林火災(zāi)發(fā)生的條件，防火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也就有跡可循。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主模塊具體分為主控芯片、時(shí)鐘模塊、顯示模塊、傳感器模塊、無(wú)線模塊這五個(gè)部分，： 基于Zigbee的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)原理框圖 AT系列和STC系列單片機(jī)的選擇：AT89C系列單片機(jī)不能進(jìn)行在線編程，AT89C系列和STC系列都可以ISP在線編程，但是STC可通過(guò)串口在線編程，而AT系列采用并口編程方式，相對(duì)來(lái)說(shuō)，STC的編程方式更為簡(jiǎn)單也較為普遍，基于這一點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇STC系列。根據(jù)以上分析，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用STC89C52芯片，STC89C52是一款功耗低，高性能的8位CMOS微控制器，具有8K可編程Flash存儲(chǔ)器，方便下載程序，性價(jià)比高，能較好的適應(yīng)本實(shí)驗(yàn)要求。方法較為簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化硬件電路，但在時(shí)間精度上必然與實(shí)際時(shí)間有一定的差距，不符合設(shè)計(jì)中對(duì)實(shí)時(shí)顯示精度的要求，故不采用此方案。故采用DS1302來(lái)作為時(shí)鐘芯片。LED數(shù)碼管具有亮度大，接口電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但它只能顯示數(shù)字和簡(jiǎn)單字母，而設(shè)計(jì)中要求顯示時(shí)、分、秒、年、月、日等多個(gè)信息，使用數(shù)碼管的話會(huì)使硬件電路設(shè)計(jì)龐雜，而且連線復(fù)雜，單片機(jī)接口欠缺，不夠使用，故不采用此方案。LCD1602使用非常普遍，在生活中很多地方都能見(jiàn)到LCD1602液晶顯示屏，例如計(jì)算器，遙控器，家用電器等，它主要用來(lái)顯示數(shù)字，字母，專用字符和圖形，具有顯示質(zhì)量高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，此外，LCD1602采用數(shù)字式接口，與單片機(jī)連線簡(jiǎn)單，故采用LCD1602來(lái)顯示時(shí)鐘。（1）光電式煙霧傳感器：光電式煙霧傳感器煙霧傳感器內(nèi)部有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對(duì)管，沒(méi)有煙霧時(shí)紅外接收管接收不到紅外發(fā)射管發(fā)射出的紅外光線，當(dāng)煙霧進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過(guò)折射、反射后，接收管接收到紅外光線，報(bào)警電路判斷是否超過(guò)閾值，超過(guò)則發(fā)出警報(bào)，反之則不然。（3）氣敏式煙霧傳感器：該煙霧傳感器是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器。半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。當(dāng)溫度在200～300℃時(shí)半導(dǎo)體氣敏元件讓空氣中的氧吸附在元件表面，當(dāng)氧負(fù)離子吸附在半導(dǎo)體氣敏元件表面可以形成氧負(fù)離子吸附，氧負(fù)離子的減少就會(huì)使半導(dǎo)體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。此次使用的氣敏式煙霧傳感器選擇的具體型號(hào)為MQ2。本設(shè)計(jì)選用的MQ2型氣體傳感器，這種型號(hào)的傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本文主要負(fù)責(zé)軟件部分的設(shè)計(jì)，主要完成了整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。方案二：基于藍(lán)牙設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，用于替代數(shù)字設(shè)備和計(jì)算機(jī)外設(shè)間的電纜連線，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)備間的無(wú)線組網(wǎng)[7]。方案三：基于Zigbee的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)ZigBee是一種用于近距離無(wú)線連接的無(wú)線通信技術(shù)。Zigbee模塊接受到來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)后顯示數(shù)值，并根據(jù)事先定制好的規(guī)則判斷煙霧是否超標(biāo)，如果有煙霧超標(biāo)則發(fā)出報(bào)警信息，并驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)除了具有比較好的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和可靠性外，我們也希望低成本，這樣方便于我們較大規(guī)模地在森林內(nèi)布置節(jié)點(diǎn)。所以在選擇用來(lái)構(gòu)建無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的無(wú)線技術(shù)時(shí)，必須考慮到火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的這些需求[9]。3硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部分主要由ZigBee模塊、主控芯片（STC89C52）、時(shí)鐘部分DS130顯示部分LCD160溫度傳感器電路、煙霧檢測(cè)電路和報(bào)警電路部分組成。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)STC89C52具有的特點(diǎn)是：40個(gè)引腳，128 比特隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），4KB片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口， 2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路。在空閑的模式下，單片機(jī)的CPU就會(huì)停止工作而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口以及外部中斷系統(tǒng)繼續(xù)去工作，這樣就可以在掉電的情況下使振蕩器凍結(jié)，將數(shù)據(jù)保存在RAM中，掉電的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)停止芯片的其它功能，直至外部中斷響應(yīng)或硬件電路進(jìn)行復(fù)位。特別注意：31腳(EA/VPP)是選擇片內(nèi)外存儲(chǔ)器的引腳，當(dāng)EA/VPP接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)EA/VPP接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行。復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第—個(gè)單元取指令。單片機(jī)最小系統(tǒng)的復(fù)位方式有：上電復(fù)位和手動(dòng)按鈕復(fù)位。最小系統(tǒng)中復(fù)位電路的電容C1的大小會(huì)直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，通常采用10uF左右極性電容，單片機(jī)最小系統(tǒng)的電容值越大復(fù)位時(shí)間就越短。 時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳18和引腳19外接晶振及電容，STC89C52單片機(jī)的工作頻率在2~33MHz范圍內(nèi)，單片機(jī)工作頻率取決于晶振XT的頻率。此設(shè)計(jì)中P0口作為輸出口用來(lái)驅(qū)動(dòng)LCD顯示，而P0口內(nèi)部又沒(méi)有上拉電阻，所以加上10K上拉電阻。主模塊主要由單片機(jī)控制DS1302時(shí)鐘芯片，從模塊主要由單片機(jī)控制DS18B02溫度傳感器和MQ2煙霧傳感器，主從模塊同時(shí)由單片機(jī)控制LCD1602顯示器和Zigbee模塊。它附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口和單片機(jī)同步通信，且可以采用突發(fā)方式來(lái)一次性傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。它采用兩個(gè)電源供電（主電源與備用電源），可以設(shè)置備用電源的充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，尤其是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄 ，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，基于這一點(diǎn)，DS1302可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，通過(guò)記錄的定時(shí)時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)間比對(duì)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間到后，發(fā)出信號(hào)。DS1302工作的時(shí)候功耗較低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息的時(shí)候功率小于1mW。每次對(duì)時(shí)鐘/日歷的8字節(jié)或31字節(jié)RAM進(jìn)行全體寫入或讀出的操作，稱其為多字節(jié)操作方式，而每次僅寫入或讀出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)稱為單字節(jié)操作。但是，當(dāng)以多字節(jié)方式寫RAM時(shí)，則不必寫所有31個(gè)字節(jié)。DS1302是SPI總線驅(qū)動(dòng)方式。為了啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，CE引腳信號(hào)應(yīng)由低變高，當(dāng)把CE驅(qū)動(dòng)至邏輯1狀態(tài)時(shí)，SCLK必須為邏輯0，數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿串行輸入。不管是讀周期亦或是寫周期，也無(wú)論是多字節(jié)傳送還是單字節(jié)傳送的方式，都要通過(guò)控制字指定40字節(jié)中的哪個(gè)會(huì)被訪問(wèn)。所有寫入或讀出操作都是先向芯片發(fā)送一個(gè)命令字節(jié)。位6為0，表示為存放或取出日歷時(shí)鐘的數(shù)據(jù)，為1表示為存放或取出RAM數(shù)據(jù)。控制字節(jié)一般從其最低位來(lái)開(kāi)始傳輸。而同樣的，在緊跟8位控制字指令后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。 DS1302寄存器讀寫地址讀寄存器寫寄存器Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7Bit7范圍81H80HCH10秒秒005983H82H10分分005985H84H12010時(shí)時(shí)02324AM/PM11287H86H10日日13189H88H10月月1128BH8AH00000周178DH8CH10年年00998FH8EHWP0000000――第一行為秒寄存器，CH是時(shí)鐘暫停標(biāo)志位，CH位為1的時(shí)候時(shí)鐘停止，為0的時(shí)候時(shí)鐘運(yùn)行；第二行為分寄存器，bit0~bit6表示分鐘數(shù)，因采用BCD編碼，所以低四位所能表示的最大數(shù)字為9，計(jì)數(shù)滿則向高三位進(jìn)1；第三行為時(shí)寄存器，12/24用來(lái)定義DS1302小時(shí)的運(yùn)行模式，12小時(shí)的模式下bit5若為1表示PM(下午），bit5若為0表示AM(上午)；第八行為控制寄存器，bit7為寫保護(hù)位WP，當(dāng)WP為1時(shí)，寫保護(hù)位可以防止對(duì)任何一個(gè)寄存器的寫操作，在任何對(duì)時(shí)鐘和RAM的寫操作之前，WP位必須為0 ； DS1302分別有SCLK、I/O、RST與單片機(jī)連接， ，： DS1302與單片機(jī)的接口電路 顯示電路設(shè)計(jì)工業(yè)字符型液晶LCD1602指的是顯示的內(nèi)容為16*2，且能同時(shí)顯示兩行，每行16個(gè)字符。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差別。 引腳接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 液晶顯示器LCD1602與單片機(jī)STC89C52的接口由一組8位數(shù)據(jù)傳輸線和3根控制線完成。： 圖 LCD1602與單片機(jī)的接口電路 煙霧檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)MQ2氣體傳感器是SnO2(氧化錫)半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于電阻型氣敏元件。若氣濃度發(fā)生變化，其阻值也將隨之變化。MQ2的主要特點(diǎn)：(1)具有信號(hào)輸出指示。（當(dāng)輸出為低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接單片機(jī)）(4)模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓值越高。(6)具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 煙霧檢測(cè)電路圖傳感器的電導(dǎo)率是隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大，再使用相應(yīng)的外圍電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變成與該氣體濃度變化相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路對(duì)其進(jìn)行的放大、濾波、電平調(diào)整后，輸出的信號(hào)才能滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)的要求。一個(gè)煙霧傳感器既可以只實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能，也可以實(shí)現(xiàn)多種功能的。 DS18B20外圍電路的設(shè)計(jì)溫度傳感器我們選擇DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的DS18B20。除此之外，它還具有超小的體積，超低的硬件開(kāi)消，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，附加功能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。DS18B20數(shù)字溫度傳感器提供912位的攝氏溫度測(cè)量并有一個(gè)報(bào)警功能。此外，DS18B20可以直接從單線通訊線上面攝取能量，所以除去了它對(duì)外部電源的需求。這一個(gè)特殊性能在HVAC環(huán)境控制、探測(cè)儀器或機(jī)器的溫度、建筑物以及過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制等方面都非常有用。由于DS18B20的溫度檢測(cè)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出在一個(gè)芯片上集成，因此抗干擾力更強(qiáng)。DS18B20三種形態(tài)的存儲(chǔ)器分別為：（1）ROM 只讀存儲(chǔ)器。用戶不能更改數(shù)據(jù)出產(chǎn)時(shí)的設(shè)置；（2）RAM 數(shù)據(jù)暫存器，它用于內(nèi)部的數(shù)據(jù)存取和計(jì)算，數(shù)據(jù)會(huì)在斷電后丟失。第1和第2個(gè)字節(jié)為溫度轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)信息，第3和第4個(gè)字節(jié)為用戶EEPROM（經(jīng)常用在溫度報(bào)警值儲(chǔ)存）的鏡像，它的值在上電復(fù)位的時(shí)候會(huì)被刷新。第第7和第8個(gè)字節(jié)是計(jì)數(shù)寄存器，它的設(shè)計(jì)目的是可以讓用戶獲得更高的溫度分辨率，它也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換和計(jì)算的暫存單元。它用來(lái)存放一些需要長(zhǎng)時(shí)間保存的數(shù)據(jù)、上限或者下限的溫度報(bào)警值和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，DS18B20一共有3位EEPROM，且都在RAM存在鏡像，用來(lái)方便用戶的操作。 (4)當(dāng)為12位分辨率時(shí)，其最大工作周期為750毫秒(5)可以選擇寄生的工作方式 (6)檢測(cè)的溫度范圍為–55176。C (–67176。F) (7)內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能 (8)64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接(9)多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。三極管Q1導(dǎo)通，則蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警限，報(bào)警器發(fā)出鳴叫，用戶到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可調(diào)節(jié)煙霧傳感器上面的電位器提高煙霧上限停止報(bào)警器鳴叫。 報(bào)警電路圖 無(wú)線模塊電路的設(shè)計(jì) Zigb