【正文】 。這兩 [9]個服務實體分別為數(shù)據(jù)服務實體和管理服務實體。 NLME 會利用NLDE 來完成一些管理工作，同時維護網(wǎng)絡信息庫 (Network Information Base,NIB)。除了這些外部接口之外，網(wǎng)絡層在 NLME 和 NLDE 之間還有一個隱含的接口，允許 NLME 使用網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)服務?；?ZigBee 協(xié)議的通信網(wǎng)絡中，所有的設備都必須有以下三種功能，具體包括：加入網(wǎng)絡、離開網(wǎng)絡和重新加入網(wǎng)絡功能。 最后， ZigBee 協(xié)調(diào)器還應該具備建立一個新網(wǎng)絡的功能，同時路由器以及終端節(jié)點在一個網(wǎng)絡中應提供輕便支持。下面將依次做簡要介紹。通過應用支持予層數(shù)據(jù)實體服務接入點 (APS data entity service access point， APSDESAP)提供數(shù)據(jù)服務：通過應用支持子層管理服務接入點 (APS management entity service access point，APSMESAP)提供管理服務。具體應用層結構如圖 26 所示。目前應用的最為廣泛的無線通訊技 術有以下幾種。工作頻帶為 868/915MHz 與, 為無許可證頻帶，世界各地各個領域都可以使用，適合于低成本的Zigbee 技術使用。并且具 有以下幾大特點： (1)省電：兩節(jié)五號電池支持長達半年到兩年左右的使用時間； (2)可靠：采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用的 隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突；節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個 Zigbee 網(wǎng)絡中通過自動路由方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃裕? (3)時延短：針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短； (4)網(wǎng)絡容量大：可支持達 65000 個節(jié)點； (5)安全： Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查功能，加密算法采用通用的 AES128； (6)高 保密性： 64 位出廠編號和支持 AES128 加密。 WLAN 最大的特點是便攜性，主要解決用戶“最好 100m”的通信需求，定位于人點地區(qū)的高速游牧數(shù)據(jù)接入，不支持高速移動性，主流應用是商務用戶在酒店、機場等熱點使用便攜電腦上網(wǎng)瀏覽或訪問企業(yè)的服務器。 使用 WiFi 的缺點包括功耗大、成本高、協(xié)議開銷大、需要接入點。 Bluesoft 標記的價格是 65 美元。一個倉庫可能只會把 Bluesoft 標記用于它的鏟車，而不會用于鏟車搬動的箱子。 AP 之間的鏈接、 AP 與其他網(wǎng)絡的鏈接往往通過常規(guī)的有線以太網(wǎng)。要不，你就不得不安裝新的纜線和交換機。但網(wǎng)狀網(wǎng)結構主要涉及用于室外，在 AP 之間要求視距，使他們更適用于服務提供商，而不是企業(yè)。 Bluetooth 技術 Bluetooth 技術是 1994 年愛立信公司首先提出的一種短距離無線通訊技術規(guī)范，能夠在設備間實現(xiàn)方 便快捷、靈活安全、低成本、低功耗的數(shù)據(jù)和語音通訊，是目前無線局域網(wǎng)的主流技術之一。該技術廣泛應用于現(xiàn)在如手機、 PDA、臺式機電腦和筆記本電腦等主流消費性產(chǎn)品當中。采用波長 850nm 的紅光作為傳輸介質(zhì)，采用點到點通訊方式，通過紅外光脈沖和電脈沖的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)通信，通訊距離在 1 米以內(nèi)，傳輸速率為 16Mbps,是一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)線纜傳輸?shù)挠行ㄓ嵎?式。 幾種無線通信技術的參數(shù)比較 表 21 給出了本文介紹的集中無線通訊技術的基本參數(shù)和比較。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 15 第 3章 系統(tǒng)的硬件平臺構建 系統(tǒng)的整體結構 根據(jù)室內(nèi)環(huán)境與 ZigBee 技術的特點，本文設計的基于 ZigBee 技術的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要由多種傳感器節(jié)點、路由器節(jié)點、網(wǎng)關節(jié)點與協(xié)調(diào)器軟件組成。本文設計的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如圖 31 所示： 圖 31 監(jiān)控系統(tǒng)結構圖 由上圖可知，在本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點主要負責數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送；路由器節(jié)點主要負責網(wǎng)絡的管理與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，當檢測范圍較大時，可通過增加路由器節(jié)點擴大網(wǎng)絡的覆蓋范圍；網(wǎng)關節(jié)點主要負責網(wǎng)絡的建立、節(jié)點的管理、數(shù)據(jù)的處理以及和上位機軟件進行通訊。當監(jiān)測區(qū)域較大時，可以通過增加路由器節(jié)點來保證網(wǎng)絡的連通性與魯棒性。 系統(tǒng)硬件設計流程圖 首先進行電路功能的設計，然后將設計輸入軟件中，若功能可以實現(xiàn)，則進行實物的制作。系統(tǒng)硬件設計結構框圖如圖 32 所示。它采集并處理傳感器數(shù)據(jù)，與無線模塊通訊并判斷何時發(fā)送和接 收這些數(shù)據(jù)， [12]控制人機操作界面以及通過串口與上位機通訊。它是節(jié)點的中央處理單元 (CPU)。 本設計中微處理器采用 TI 公司的 CC2530 芯片，它是 ZigBee 應用的一個真正的片上系統(tǒng)解決方案，它能夠以非常低的材料成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。 CC2530 具有不同的運營模式， [13]使其特別適合于超低功耗要求的場合。其中，主時鐘晶振采用 32MHZ 無源晶振以及 時鐘晶振；無線 RF 模塊外圍電路采用無巴倫的阻抗匹配網(wǎng)絡；天線使用 50 歐鞭狀負極性天線。 CC2530 芯片的主要特點如下： (1)工作頻帶： 2405MHz～ 2480MHz (2)支持 、 ZigBee20 ZigBee PRO 和 ZigBee RF4CE 等標準 (3)主控芯片： CC2530F256 (4)通信協(xié)議標準： IEEE (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 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集 模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的設計主要包括傳感器的選擇以及與微處理器的連接電路。在傳感器的選擇中，需要考慮量程，精度需求，供電電壓以及功耗。下面分別介紹這三種傳感器。 DS18B20 接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 18 式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有 LTM8877， LTM8874 等等。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫， [15]高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。 溫度傳感器電路原理圖如圖 33 所示。 ② 測溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測溫誤差 1℃ 。 ④ 工作電源 : ~（可以數(shù)據(jù)線寄生電源） 。 ⑥ 測量結果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 。 ⑧ 適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設備測溫 。 ⑩ PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設備連接。 外部光照被接近人眼 反應的高精度光敏二極管 PD 探測到后，通過集成運算放大齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 19 器將 PD 電流轉(zhuǎn)換為 PD 電壓，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取 16 位數(shù)字數(shù)據(jù)， [16]然后被邏輯和IC 界面進行數(shù)據(jù)處理與存儲。數(shù)據(jù)傳輸使用標準的 IC 總線，按照時序要求操作起來也非常方便。 圖 34 光照傳感器電路原理圖 雨滴傳感器 雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)和智能天窗 系統(tǒng)中。在汽車智能燈光系統(tǒng)中檢測車輛行駛的環(huán)境，自動調(diào)整燈光模式，提高車輛在惡劣環(huán)境下行駛的安全性 。 雨滴傳感器電路原理圖如圖 35 所示。串口芯片選擇 MAX232， MAX232 配備專 有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在 至 供壓下，表現(xiàn)出真正的 RS232 協(xié)議器件性能，這些器件只需 4 個 的外部小電容， [18]用于電荷泵。 對于終端節(jié)點，微控制器與 232 之間采用標準的 MODBUS 協(xié)議進行通訊， 用于設置終端節(jié)點的系統(tǒng)參數(shù)。 系統(tǒng)的 LCD 顯示模塊 LCD12864 顯示模塊 LCD12864 是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。其顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 11 腳背光正極，12 腳背光負極。 LCD12864 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 圖 36 LCD12864 管腳接口圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 21 LCD12864 顯示模塊電路圖 忙標志位 BF：忙標志位 BF=1 時，表明模塊正在進行內(nèi)部操作，此時不接受任何外部指令和數(shù)據(jù)。地址計數(shù)器（ AC）：地址計數(shù)器是 DDRAM 或 CGRAM 的地址指針。字符液晶顯示模塊組件內(nèi)部主要有 LCD 顯示屏、控制器、驅(qū)動器和 偏壓電路構成。顯示數(shù)據(jù)寄存器（ DDRAM）： DDRAM 存儲器顯示字符的字符碼，其容量的大小決定模塊最多可顯示的字符數(shù)目。字符發(fā)生器 RAM：在 CGRAM 中，用戶可以生成自定義圖形字符的字模組，可以生成 5 8 點陣的字符字膜 8 組，相對應的字符碼從 CGROM 的 00H0FFH范圍內(nèi)選擇。 圖 37 LCD12864 電路圖 LCD12864 初始化子程序流程圖 首先，設定 LCD 的寫入和讀出都為了 0。流程圖如圖 37 所示。 由于仿真器可以提供穩(wěn)定的電壓，也可以選擇匹配電源。這樣即可以簡化電源電路的設計，又可以保證調(diào)試的正常進行。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 23 圖 36 供電模塊電路原理圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 24 第 4章 系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設計 系統(tǒng)軟件設計 STC12C5A60S2 系列單片機簡介 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列點偏激是 STC 生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期（ IT）的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，單速度快 812 倍。 STC12C5A60S2 系列單片機的內(nèi)部結構 STC12C5A60S2 系列單片機是一款優(yōu)秀的單片機。 STC12C5A60S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。以美國 Ti 公司 CC2430/CC2530 芯片為代表的 Zigbee SOC 解決方案在國內(nèi)高校企業(yè)掀起了一股 Zigbee 技術應用的熱潮。 TI 開發(fā)套件由專業(yè)人士精心設計，具有基于 2020/2020/2020/PRO 協(xié)議棧的開發(fā)模板、完整的原理圖及例程源碼。通過 USB 接口連接電腦，具有代碼高速下載，在線調(diào)試，斷點、單步、變量觀察，寄存器觀察等功能，實現(xiàn)對 CC2430/CC2530系列無線單片機實時在線仿真、調(diào)試。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 25 協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件設計 協(xié)調(diào)器節(jié)點主要實現(xiàn) ZigBee 網(wǎng)絡的建立，指令的發(fā)送，數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)發(fā)，與PC 通信。因此，協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件主要由以下幾個模塊組成： Zigbee 數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 此模塊的協(xié)議棧代碼是 TI 公司提供的，其符合 協(xié)議，下面分別是無線發(fā)收函數(shù)的程序。 函數(shù)功能：從 zigbee 模塊中獲取數(shù)據(jù) 入口函數(shù)： 返回參數(shù)：從模塊的短地址 /******************************************************************/ unsigned int Zigbee_GetData_chn1(void){ uint8_t i,flg。 flg=1。i63。 addr = 0x01。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計 (論文 ) 26 zigbee_buf[1]= uart1_buf[i+2]。 zigbee_buf[3]= uart1_buf[i+4]。 uart1_clrbuf()。 } } } return addr。 uint16_t addr=0。 while(flg) { for(i=0。i++) { if(uart1_buf[i]==0x3b) { //找到第一路數(shù)據(jù)包一幀數(shù)據(jù) delay_ms(6)。 zigbee_buf[0]= uart1_buf[i+1]。 uart1_clrbuf()。 brea