【正文】 量溫度00011溫度測量測量濕度00101濕度測量寫寄存器狀態(tài)00110“寫”狀態(tài)寄存器讀寄存器狀態(tài)00111“讀”狀態(tài)寄存器軟啟動11110重啟芯片,清除狀態(tài)記錄器的錯誤記錄，11毫秒后進入下一個命令預留其余 SHTll應用電路如圖416所示,通過電源管理模塊的P3OUT提供。圖416 SHTll與CC2430連接圖 本文選擇一氧化碳氣體傳感器CO/CF1000[25]來采集室內(nèi)環(huán)境中的一氧化碳氣體。表44一氧化碳氣體傳感器特性性能指標數(shù)值測量范圍01000 ppm最人負荷20000 ppm尺寸32輸出100db177。當輸出的電流經(jīng)過10Q的電阻時,其兩端的電壓值可隨一氧化碳濃度值變化而變化。隨著一氧化碳氣體濃度的增加，會進一步產(chǎn)生頭痛、嘔吐、昏迷等癥狀。,當一氧化碳的濃度達到100ppm時,傳感器輸出的電壓值達到1104V。通過分析與計算,本文采用兩級放大電路實現(xiàn)對信號的放大,每一級放大倍數(shù)可根據(jù)實際電路調(diào)試進行調(diào)整。最終的放大倍數(shù)為放大倍數(shù)AV為AV1AV2,其放大范圍為[36,120]倍。圖417 一氧化碳傳感器信號放大電路圖 3. 光強度傳感器 本節(jié)點主要采用安捷倫科技公司(Agilent Technologies)的模擬輸出型環(huán)境亮度傳感器APDS9002光傳感器[24]。其緊湊的封裝縮小了電路板空間,從而可以實現(xiàn)外形更薄、功能更豐富的產(chǎn)品。在工作電壓為3V,環(huán)境溫度為25℃,負載為1K歐姆時的線性范圍可達到1000LUX,如圖418所示。因此,光傳感器的工作特性完全符合應用需求。該節(jié)點的數(shù)據(jù)采集部分的工作電路如圖418所示。跟據(jù)電路圖中的參數(shù)可知,放大器的增益為： （）在本放大電路中,R13為100K歐姆的可變電阻,R1R15分別為10K和10K歐姆的電阻。節(jié)點的AD轉換采用CC2430的ADC4通道,并采用內(nèi)部的+,數(shù)據(jù)分辨率為8位,。該傳感器為開關型傳感器。當其檢測到一定濃度的煙霧信息時,其輸出端將閉合,并提供燈光報警信號。圖419 煙霧傳感器信號采集電路圖 當LH91傳感器檢測到煙霧信息時,其2,3號管腳之間將導通,從而驅動光耦TLP521的2端和4端導通,使得R20兩端產(chǎn)生lV的壓降。因此,可利用ADC對R20電阻兩端電壓進行采樣,通過判斷采樣值范圍從而斷定有無煙霧信息。該探測器采用微波和紅外技術同時鑒定入侵信息。其工作原理圖如同LH91L,本文不再贅述。 通過以上工作,為系統(tǒng)的應用做好了硬件平臺,為后續(xù)的系統(tǒng)軟件編程做好了鋪墊。在正常執(zhí)行溫度等轉換時,同樣需要調(diào)用一段延時,而本系統(tǒng)利用CPU 執(zhí)行顯示子程序占有的時間代替這段延時。 控制中心節(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、轉發(fā),與管理中心(PC機)通信。因此,控制中心節(jié)點的軟件主要由以下幾個模塊組成：l ZigBee網(wǎng)絡應用數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；l 串口通信模塊；l 界面操作模塊。本系統(tǒng)選擇采用消息數(shù)據(jù)服務格式來接收和發(fā)送應用層數(shù)據(jù)。 在ZStack協(xié)議中,應用層通過調(diào)用AF_DataRequest(afAddr Type_t *dstAddr,end Point Desc_t,*srcEP,uintl6 clD,uintl6 len,uint8 *bur,uint8* translD ,uint8 options,uint8 radius)函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)。其中,形參dstAddr帶有目的地址的地址類型和地址信息,clD為待發(fā)送數(shù)據(jù)的16位簇信息(cluster ID),len表示待發(fā)送數(shù)據(jù)的長度大小,*buf為待發(fā)送數(shù)據(jù)的首指針。為了實現(xiàn)節(jié)點消息的統(tǒng)一管理,本系統(tǒng)利用簇信息節(jié)點間發(fā)送的消息進行分類,分類如下表所示51所示：表51 應用層Cluster ID定義分類Cluster ID Name Cluster ID(2字節(jié))說明C_COMMOND0xol00控制中心節(jié)點發(fā)送指令到該傳感器節(jié)點C_SET_PERIOD0x0200 控制中心節(jié)點設置傳感器節(jié)點采樣周期S_DATA0x0300傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)信息到控制中心節(jié)點S_NODE_INFOR0x0400傳感器節(jié)點發(fā)送節(jié)點信息到中心節(jié)點 應用層Cluster ID定義表對于每一個Cluster ID,其數(shù)據(jù)格式定義如下:1　 Cluster D=0x0100時,消息內(nèi)容為指令類型,大小為1字節(jié)。表52 消息指令集類型指令類型：1字節(jié)說明0x0l 節(jié)點立即采集數(shù)據(jù)0x02 獲取節(jié)點地址信息0x03獲取節(jié)點能量信息0x040xFF 擴展保留2　 Cluster ID=0x0200時，消息內(nèi)容為設置的數(shù)據(jù)采集周期值,大小為1字節(jié),數(shù)據(jù)范圍為:0x000Xff,單位為分鐘。只有當設置的周期值大于0時,傳感器節(jié)點才按照設定的周期進行采集數(shù)據(jù)。3　 Cluster ID=0x0300時,消息內(nèi)容為3個字節(jié),。對該消息的數(shù)據(jù)對象的規(guī)范如下所示：表53 消息格式數(shù)據(jù)對象(D0,Data Object) 1字節(jié)數(shù)據(jù)大小(Value) 2字節(jié)0x01:溫度低14位為數(shù)據(jù)位,高2位為00x02:濕度低12位為數(shù)據(jù)位,其余位為00x03:亮度高8位為0,低8位為數(shù)據(jù)位0x04:一氧化碳氣體高8位為0,低8位為數(shù)據(jù)位0x05:火災高8位為0,低8位為數(shù)據(jù)位0x06:人員入侵高8位為0,低8位為數(shù)據(jù)位0x070Xff:擴展保留4　 Cluster ID=0x0400時,消息內(nèi)容為3/4個字節(jié),其格式如表54所示。消息的處理過程中,用戶可根據(jù)消息中的Cluster ID分別進行處理。…If(event===AF_INCOMING_MSG CMD){My_Message MSGCB(aflning MSG Packet_pkt){ … switch(pktclusterld) {case SDATA://接收到傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)信息； s_data_process(pkt)://處理接收到的數(shù)據(jù)消息； break； case s_NODE—INFOR://接收到傳感器發(fā)來的節(jié)點信息； node_in for_process(pkt)://處理接收到的節(jié)點信息： break； } … }} 在上面的程序段中,s_data__process與node_infor__process兩個函數(shù)分別實現(xiàn)對接收到的數(shù)據(jù)和節(jié)點信息消息進行處理。（2）串口通信模塊 在ZStack中,節(jié)點的串口通信單元已經(jīng)由硬件抽象層實現(xiàn)了接口封裝,其實現(xiàn)文件為hal 。該模塊功能函數(shù)包括串I=1初始化void Hal UART Init(void)、開串I=1 uint8 HalUART Open(uint8 port，halUARTCfgtconfig)、關串void HalUART Close(uint8 port)以及讀串口uintl6 HalUARTRead(uint8 port,uint8*bur,uintl6lell)和寫串口uintl6 Hal UART Write(uint8 port,uint8*bur,uintl6 l)等。//比特率：38400 =FALSE。//串口數(shù)據(jù)接收回調(diào)函數(shù)配置好了的串口單元,通過調(diào)用其接口函數(shù)就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。 (由管理中心發(fā)送到控制中心節(jié)點)下行數(shù)據(jù)是指由管理中心發(fā)送到控制中心節(jié)點的指令信息。如：“01796F”“02”無功能定義“03”節(jié)點的網(wǎng)絡地址(4字符)獲取指定符點的能量信息。如：“04796F3A”其他擴展串口數(shù)據(jù)(由控制中心節(jié)點發(fā)送到管理中心)上行數(shù)據(jù)是指由控制中心節(jié)點發(fā)送到管理中心的數(shù)據(jù)信息。發(fā)送節(jié)點采集點的數(shù)據(jù)信息到管理中心。角色信息：1表示協(xié)調(diào)器；2表示路由器；3表示端節(jié)點；發(fā)送節(jié)點網(wǎng)絡信息到管理中心。能量級別分為8級，見節(jié)點能量管理部分。如：“03796F6”“04”節(jié)點的網(wǎng)絡地址(4字符)+周期值(2字符)。如：“04796F3A”其他擴展串口數(shù)據(jù) 在串口通信中，以上格式中的數(shù)據(jù)負載以字符形式傳輸。 //將字符串通過串口發(fā)送到管理中心 void rxeb(uint8 port,uim8 event)。//將長整形轉化為16進制字符串 int chtoim(char*msg)。//將字符串ms復制到字符串msgl前 void strcat(char* msgl,char *msg32)。該模塊通過使用按鍵和LCD顯示模塊進行配合操作,實現(xiàn)指令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的顯示。該模塊所實現(xiàn)的函數(shù)如下所示： void menu select(void)。//獲取按鍵值:Up、Down、Back、Enter void HalLcdWriteSereen(chat**line2)。//根據(jù)菜單選擇,發(fā)出命令 節(jié)點在啟動時,它首先執(zhí)行硬件的初始化和網(wǎng)絡的初始化。網(wǎng)絡的初始化包括網(wǎng)絡的配置與網(wǎng)絡的建立。消息既可以是來自管理中心的指令信息,也可以是來自其他節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)消息。當接收到的消息是其他節(jié)點發(fā)往管理中心的消息時，控制中心節(jié)點將根據(jù)表56的格式來發(fā)送消息到管理中心。路由器節(jié)點啟動后也是先進行初始化工作,完成初始化工作之后,它將發(fā)送自己的網(wǎng)絡地址與角色信息到控制中心節(jié)點。如果收到的消息不是發(fā)送給自己的,則將消息轉發(fā)出去；否則,路由器節(jié)點將根據(jù)收到的消息中的指令執(zhí)行操作。當路由器節(jié)點完成能量檢測后,它將檢測的結果按照表54發(fā)送到控制中心節(jié)點。uint8 i=7； while(HalAdcCheckVdd(i)==FALSE)//進行電壓能量級別的判斷 { vdd_pass_n++； MicroWait(50000)。 //等待50ms if(vdd__pass_n==3) {i。為了降低系統(tǒng)的功耗,節(jié)點在沒有進行數(shù)據(jù)采集時,應通過電源的管理功能關斷數(shù)據(jù)采集部分的電源。在它完成初始化工作之后，它將發(fā)送自己的網(wǎng)絡地址與角色信息到控制中心節(jié)點。根據(jù)收到指令的不同,傳感器節(jié)點的處理程序也各不相同。(1)數(shù)據(jù)采集程序當傳感器節(jié)點收到該指令時,它首先打開數(shù)據(jù)采集部分的工作電源。隨后將采集的數(shù)據(jù)信息按照表53的格式將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心節(jié)點。當P0Q輸出高電平時,模擬開關CD4066導通了各個電源,為各數(shù)據(jù)采集單元供電。 由于傳感器模塊在上電之后需要一定響應時間來采集環(huán)境數(shù)據(jù),不同種類的傳感器所需采集響應時間不一樣。 在本系統(tǒng)中,傳感器有三種輸出信號類型:數(shù)字型,模擬型,開關型。1. SHTll傳感器數(shù)據(jù)采集程序 由于SHTll傳感器采用12C總線的形式與CC2430通信，它有兩根信號線：DATA和SCK,其中SCK為時鐘信號線,DATA為數(shù)據(jù)信號線。在后面的描述中，定義CC2430為主機,SHTll傳感器為從機。DATA CSK圖55 初始化時序圖 ,當SCK時鐘高電平時，DATA翻轉為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?隨后是在SCK時鐘高電平時DATA翻轉為高電平。發(fā)送完該命令碼，將DATA總線設為輸入狀態(tài)等待從機的響應。釋放總線后,從機開始測量當前溫濕度(根據(jù)采集指令確定是溫度還是濕度),測量結束后，再次將DATA總線拉為低電平。從機在第8個時鐘下降沿,先輸出高字節(jié)數(shù)據(jù)。然后釋放總線DATA。接下來的SCK下降沿，主機再次將DATA總線拉低作為接收數(shù)據(jù)的ACK信號。SHT11傳感器有一個狀態(tài)寄存器,可以通過設置其寄存器對應的位來實現(xiàn)其高級應用。當該位為0時,濕度的分辨率為12位,溫度的分辨率為14位。系統(tǒng)默認情況下,該位為0。load_data(int n) 將讀取的數(shù)值轉化為16進制字符串格式void time_delay_Isec(void)延遲1秒 SHT11可通過12C總線直接輸出數(shù)字量溫濕度值，SHT11的輸出特性呈一定的非線性,為了計算其溫濕度值,可進行如下計算： A．濕度計算 由于濕度輸出具有非線性,可按如下公式修正濕度值: （） 式中X為傳感器相對濕度測量值,系數(shù)取值如下:12位時:。由于溫度對濕度的影響十分明顯,而實際溫度和測試參考溫度(25℃)有所不同,所以對線性補償后的濕度值進行溫度補償很有必要。由于SHT11溫度傳感器的線性非常好,故可用下列公式將溫度數(shù)字輸出轉換成實際溫度值：式中,SOT為其溫度測量輸出值,當電源電壓為3V時,其系數(shù)如下:分辨率為14位時,。亮度與一氧化碳濃度傳感器數(shù)據(jù)采集程序在本系統(tǒng)中,亮度與一氧化碳濃度檢測傳感器都屬于模擬信號輸出型，輸出的電流信號進過轉換后變成電壓信號,該信號再經(jīng)過放大之后被ADC量化成數(shù)字信息。該函數(shù)的原形為:uintl 6 HaLucRead(uint8 chel,uim8 rolmion)//讀ADC的轉換數(shù)據(jù)值其中,形參channel為ADC的通道。在ADC進行數(shù)據(jù)數(shù)模轉換的過程中時,如果模擬信號未達到穩(wěn)定,輸出數(shù)字量的誤差會比較大。經(jīng)過多次比較采集的數(shù)據(jù),如果數(shù)值相同時,方可認為傳感器輸出的信號達到穩(wěn)定,這樣采集到的數(shù)據(jù)比較精確。(2)亮度傳感器照度計算，當負載RL的大小為1K時，其輸出接近線性特性，可根據(jù)如下公式（）進行計算: