1 基于 計(jì)方案 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究背景和意義 在改革開放三十年中，全國(guó)經(jīng)濟(jì)顯著提高，一夜間出現(xiàn)很多大城市， 城市的發(fā)展卻也使得人們賴以生存的環(huán)境遭到污染。近年來(lái)，隨著人們生活質(zhì)量水平的提高，我們也越來(lái)越重視我們個(gè)人的心理健康與身體健康 。同時(shí)我國(guó)為控制大氣環(huán)境污染 和 保護(hù)環(huán)境，政府部門已經(jīng)采取了相關(guān) 辦法 來(lái)保護(hù)環(huán)境，但是由于監(jiān)測(cè)技術(shù) 上的缺陷和不足 ，嚴(yán)重制約了相關(guān)措施的實(shí)施進(jìn)度。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)跟不上社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，所以研究一種實(shí)時(shí)化、智能化、集成化的監(jiān)測(cè)設(shè)備迫在眉睫。 嵌入式技術(shù)是近年發(fā)展很快的熱門技術(shù)，其相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括醫(yī)療設(shè)備、智能電器、軍事工業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。人們的日常生活也與其息息相關(guān)，像手機(jī)、數(shù)字電視、電腦、數(shù)碼相機(jī)等都是嵌入式技術(shù)的典型應(yīng)用 1。 虛擬儀器 一種將傳統(tǒng)程序語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為圖像化積木模式的開發(fā)環(huán)境，同時(shí)也是作為終端工具提供給用戶使 用。它的應(yīng)用極為廣泛，工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和實(shí)驗(yàn)室等極為頻繁使用。虛擬儀器具有許多優(yōu)點(diǎn)，它非常方便快捷，能夠加快自己項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)程，大大提高工作效率 2。 近年來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，使得由微控制器、傳感元件和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)組成的無(wú)線傳感器通信網(wǎng)絡(luò)有了空前的成長(zhǎng)。其中 術(shù)由于其能耗較低、成本較低、速率較低、距離短和雙向無(wú)線通信等優(yōu)勢(shì)，受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多，能夠極方便進(jìn)行組網(wǎng)，所以 術(shù)能夠很好的達(dá)到信息采集處理要求，因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)適合用它構(gòu)建 3。目前， 絡(luò)的 發(fā)展相當(dāng)成熟，它的覆蓋面積非常廣、信號(hào)穩(wěn)定、通信成本相對(duì)較低。國(guó)內(nèi)外許多通信公司和開發(fā)商對(duì) 絡(luò)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展產(chǎn)生濃厚的興趣，進(jìn)行大量資金和人力投資，開發(fā)出自己的產(chǎn)品來(lái)?yè)屨际袌?chǎng) 。 設(shè)計(jì)主要利用嵌入式處理技術(shù)及傳感器數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法能夠靈活的構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)空氣中的溫度、濕度、煙霧。使用 組網(wǎng)，并利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析 ， 且電腦端 寫的上位機(jī)軟件能夠?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù)。 論 文設(shè)計(jì)的基于 境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相對(duì) 于工程應(yīng)用來(lái)講，它能夠構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測(cè)范圍非常廣泛的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并且能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)處理各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，此外，設(shè)計(jì) 的 節(jié)點(diǎn)構(gòu)成簡(jiǎn)便，通過(guò)無(wú)線傳輸構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)通信，極為可靠并有一定的應(yīng)用價(jià) 2 值，上述都優(yōu)于單點(diǎn)式監(jiān)測(cè)儀表與有線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)使用 線單片機(jī)作為其硬件的主要構(gòu)成部分，其構(gòu)成簡(jiǎn)便、功耗低于其他產(chǎn)品；系統(tǒng)采用C/操作系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)， 系統(tǒng) 能夠自我組織、擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)方案是基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)理念以及其技術(shù)方式，擁有某種程度上的創(chuàng)新性，不管是在理論學(xué)術(shù)研究方面，還 是在實(shí)際工程建設(shè)方面都 具有 重要的實(shí)際價(jià)值和研究意義。 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 隨著環(huán)境污染的產(chǎn)生和程度加深，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)得以迅速發(fā)展起來(lái)。在絕大部分工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，環(huán)境監(jiān)測(cè)從開始以一些重大環(huán)境污染事故調(diào)查和環(huán)境污染事故處理以及環(huán)境事故預(yù)防為主到上世紀(jì)五十年代，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，一些化工廠的有毒化學(xué)品泄漏造成的環(huán)境污染時(shí)常發(fā)生，致使用化學(xué)方法來(lái)檢測(cè)污染源中的化學(xué)成分和含量成為當(dāng)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要手段及特征。自從上世紀(jì)六十年代末以來(lái)，人們慢慢注意到環(huán)境污染的原因雖然以化學(xué)成分污染為主，但是同時(shí)還受到物理因素 ，生物因素等因素影響，所以環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)開始慢慢牽涉到物理及生物領(lǐng)域 的方法；再者發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)境立法已經(jīng)趨于完備，相關(guān)環(huán)境法的執(zhí)法越來(lái)越嚴(yán)格，而對(duì)于企業(yè)級(jí)別的污染物排放的監(jiān)控越來(lái)越受到政府的重視，污染物的監(jiān)測(cè)技術(shù)以及商業(yè)前景越來(lái)越受到重視。上述時(shí)期的實(shí)際監(jiān)測(cè)工作主要是監(jiān)督性質(zhì)的監(jiān)測(cè)為主。從上世紀(jì)七十年代中期至今，政府和群眾對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷升級(jí)和加深，發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，把環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究焦點(diǎn)從污染物的源頭監(jiān)控，向現(xiàn)在的環(huán)境整體品質(zhì)監(jiān)控上來(lái)，使環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)范圍從當(dāng)初的點(diǎn) 監(jiān) 測(cè)逐漸向面監(jiān)測(cè)發(fā)展，開始了有效預(yù)防 4。 現(xiàn)今，我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)更加側(cè)重城市的環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)級(jí)別污染源監(jiān)測(cè)、環(huán)境的整體質(zhì)量監(jiān)測(cè)，卻在整體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面并不看重。我國(guó)當(dāng)前的生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要限于監(jiān)測(cè)能力低下，技術(shù)與設(shè)備無(wú)法更上時(shí)代 腳步 ，實(shí)際生態(tài)監(jiān)測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)很少，生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律的整體認(rèn)知不足，因?yàn)樯鲜龅脑蛭覈?guó)的環(huán)境監(jiān)測(cè)停留在污染生態(tài)監(jiān)測(cè)階段，在這種情況下必須從實(shí)際情況考慮，監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選擇也必須考慮到實(shí)際條件限制，污染的生態(tài)指標(biāo)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)作為高度優(yōu)先的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。在此同時(shí)，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的過(guò)快發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，造成當(dāng)前環(huán)境承受 力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在當(dāng)下 仍 然迫切需要，將其例入優(yōu)先監(jiān)測(cè)對(duì)象是可急不可緩之事。我國(guó)處于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)含量總體偏低環(huán)境下，整體自然生態(tài)環(huán)境的破壞程度和隨之而來(lái)的連鎖惡化程度的監(jiān)測(cè)與其它國(guó)家完善的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)相比，依舊在一個(gè)相對(duì)弱很多的地位上。最近幾年以來(lái)，我國(guó)先后提出了許多監(jiān)測(cè)計(jì)劃和研究方案，都將重點(diǎn)放在了生態(tài)監(jiān)測(cè)方面。現(xiàn)在，我國(guó)范圍內(nèi)的生態(tài)監(jiān)測(cè)工作主要集中在生態(tài)環(huán)境演化過(guò)程方面，生態(tài)污染監(jiān)測(cè)在小部分區(qū)域內(nèi)受到 3 一定程度重視，但還是在微觀環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的范疇之內(nèi)。從我國(guó)已經(jīng)完成和正在進(jìn)行的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)研究來(lái)看，對(duì)比與其他發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的環(huán)境監(jiān) 測(cè)技術(shù)所使用的技術(shù)和手段仍然無(wú)法跟上時(shí)代的需求。大部分的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的實(shí)施仍然是研究性質(zhì)偏多，環(huán)境污染監(jiān)測(cè)理論里的普通性質(zhì)的污染監(jiān)測(cè)工作仍然在起點(diǎn)線上，急需更多開發(fā)人員參加到研究和討論中來(lái)。 論文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu) 論文設(shè)計(jì)的是基于 無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要研究任務(wù)是對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集、傳輸及處理。在論文的開篇部分，在純理論的角度上簡(jiǎn)述了 兩種經(jīng)典的無(wú)線傳輸技術(shù)，并對(duì)它們之間相對(duì)的特點(diǎn)及各自的優(yōu)勢(shì)做了一個(gè)介紹。然后根據(jù)系統(tǒng)的整體功能分析提出了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整個(gè)方案結(jié)構(gòu)。接下來(lái)具體介紹了硬件設(shè)計(jì)部分，如傳感器選項(xiàng)及電路設(shè)計(jì)。再根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了嵌入式開發(fā)環(huán)境，對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、控制模塊及寫的上位機(jī)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)介紹。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì) C/操作系統(tǒng)的移植，和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸、處理、實(shí)時(shí)顯示等功能。 論文主要分為六 部分 ，各 部分 內(nèi)容如下： 第一 部分： 緒論，大體上介紹本篇畢業(yè)論文所涉及的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究背景及其研究意義，同時(shí)還介紹 我國(guó) 與 國(guó)際 環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的對(duì)比和本次畢業(yè)論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)。 第二 部分： 系統(tǒng)方案 分析和關(guān)鍵技術(shù)介紹， 介紹和分析了虛擬儀器、 術(shù)的優(yōu)勢(shì)，確定出總體設(shè)計(jì)方案。 第三 部分： 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)所需的傳感器、控制器及采集器的硬件選型。然后詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)。 第四 部分： 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，軟件部分分為 據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)， 件部分設(shè)計(jì)， 位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。 第五 部分： 系統(tǒng)測(cè)試分析，對(duì) 輸?shù)臄?shù)據(jù)包抓包實(shí)驗(yàn)分析，及串口數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)分析等。 第六 部分： 總結(jié)與展望，對(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的預(yù)期指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)與分析，對(duì)以后的 發(fā)展進(jìn)行闡述。 1 系統(tǒng)方案分析與關(guān)鍵技術(shù)介紹 傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)難以跟上時(shí)代的發(fā)展的腳步，論文在基于傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，提出了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和 測(cè)控制技術(shù)，根據(jù)實(shí)際要求給出了系統(tǒng)預(yù)期達(dá)到的功能要求。并對(duì)涉及的 4 術(shù)進(jìn)行了介紹。 系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì) 本課題研究的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能是對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的有毒氣體、濕度、溫度進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，構(gòu)建出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)以 控制器為平臺(tái)，采用 制溫濕度傳感器 煙霧傳感器 室內(nèi)溫濕度和危險(xiǎn)氣體進(jìn)行采集。通過(guò) 線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給微控制器， 自帶液晶屏顯示。同時(shí)微控制器通過(guò) 數(shù)據(jù)傳輸給 ，由 寫的上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示有關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)警值或有危險(xiǎn)氣體時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)警報(bào)并將警報(bào)信息通過(guò) 絡(luò)傳輸給客戶手機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能。環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 圖 1 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)主要預(yù)期功能如下： (1)量溫度范圍在 0 100 ，濕度范圍在濕度 20H，靈敏地檢測(cè)危險(xiǎn)氣體。 (2)線網(wǎng)絡(luò)在 100 平米內(nèi)穩(wěn)定工作，且穿透力強(qiáng)。 (3)成，軟件性能良好且穩(wěn)定。 (4)即警報(bào)且手機(jī)能及時(shí)收到報(bào)警信息。 (5)集傳輸節(jié)點(diǎn)能耗小，從而節(jié)約功耗，延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的工作能力。 紹 英文全 稱是 由美國(guó) 司所開發(fā) 基于圖形化語(yǔ)言編程的 程序編譯平臺(tái)，期的方針是為了實(shí)現(xiàn)儀器自動(dòng)化控制所研發(fā)設(shè)計(jì)的，然后在時(shí)代的Z i g B e e 采 集 節(jié) 點(diǎn)Z i g B e e 采 集 節(jié) 點(diǎn)Z i g B e e 采 集 節(jié) 點(diǎn)S T M 3 2 控 制 器 G S M 模 塊G S M 網(wǎng) 絡(luò)移動(dòng)終端 變化及進(jìn)步過(guò)程中慢慢成 為 了一種成熟且獨(dú)立的高級(jí)圖形化編程語(yǔ)言。圖形化編程語(yǔ)言使用者在通過(guò)流程圖構(gòu)思整體設(shè)計(jì)思路的同間也完成了目標(biāo)程序的撰寫，這種模式的程序語(yǔ)言使用的 數(shù)據(jù)流 這種新型概念完全超越了傳統(tǒng)的程序語(yǔ)言思維模式 5。 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器 工程平臺(tái)是一種與傳統(tǒng)編程語(yǔ)言不同的圖形化的編程語(yǔ)言，在工業(yè)、學(xué)術(shù)界以及研究實(shí)驗(yàn)室都被重視的泛用編程語(yǔ)言，一般被 運(yùn) 用于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集以及儀器自動(dòng)化控制。它是一種使用范圍廣泛且使用方便的編程語(yǔ)言，使用它能 夠 快捷地創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)或研究所需的虛擬儀器，它所特有的圖形化編程界面改變了整個(gè)編程及使用的過(guò)程體驗(yàn)，你會(huì)覺(jué)得編程變得生動(dòng)有趣起來(lái)。 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)設(shè)計(jì)之初的目的為測(cè)試及測(cè)量出各種數(shù)據(jù) 而生 ，因而測(cè)量領(lǐng)域也就是現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)最有優(yōu)勢(shì)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。在經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)從誕生至今的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室虛擬 儀器工程平臺(tái)廣泛應(yīng)用于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域。所以現(xiàn)今最主流的測(cè)試測(cè)量?jī)x器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備都是 基于 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái) 編寫的 驅(qū)動(dòng)程序，在實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)下硬件設(shè)備的控制不再是問(wèn)題。與此同時(shí)， 具包涉及范圍也十分廣泛，使用者可以在里面找到研究設(shè)計(jì)需要的各種屬于測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的程序。這些工具包括了所有一般性功能，使用者在工具包所包含的程序庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次程序開發(fā)就會(huì)便捷很多。在某些情況下只需改動(dòng)幾個(gè)小函數(shù)包，就可以用其自帶的工具包完成一個(gè)相對(duì)完善的測(cè)量控制領(lǐng)域的實(shí)際控制測(cè)量程序的編寫。 術(shù) 術(shù)概述 一種通訊準(zhǔn)則，該通信協(xié)議定義了一系列基于近距離、低傳輸速率的無(wú)線通信準(zhǔn)則?；?議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用工作頻段為 86815 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 250 比特率 6。其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在較小的能量情況下便能在子傳感器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和交換。總而言之， 議技術(shù)的特征主要有可靠性高、成本較低、能耗較低、數(shù)據(jù)傳輸速率較高、安全性能 高 。主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域。 絡(luò)協(xié)議 在設(shè)計(jì)軟件的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，一般采用的是分層思想，不同的層具有完全不相關(guān)的功能，相鄰的層之間才有數(shù)據(jù)交換。例如， 以太網(wǎng)的模型是為 層參考模型 是按照分層方法設(shè)計(jì)。 絡(luò)協(xié)議也是在開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合了一般無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工作特點(diǎn)，采用系統(tǒng)功能分層的思想所設(shè)計(jì)的。其中 議標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面兩層，也就是是物理層 (介質(zhì) 6 訪問(wèn)控制層 ( 議聯(lián)盟定義了上面兩層即網(wǎng)絡(luò)層 (應(yīng)用層(而上述的應(yīng)用層包括了應(yīng)用程序支持子 層 ( 議設(shè)備對(duì)象(用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象 7。 議無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分層圖如圖 2 所示。 圖 2 線網(wǎng)絡(luò)分層圖 （ 1）物理層。該層主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制發(fā)送和接收的設(shè)計(jì)，工作信道頻率的選擇。物理層考慮的目的是設(shè)計(jì)出成本較低、功耗較低、體積較小的傳感器節(jié)點(diǎn)。在物理層中定義了 16 個(gè)物理無(wú)線通道和介質(zhì)訪問(wèn)控制層的接口，同時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù) (管理服務(wù) ( （ 2）介質(zhì)訪問(wèn)控制層。該層掌控著數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)幀節(jié)檢測(cè)、通信道路復(fù)用、控制差錯(cuò)，來(lái)確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信和鏈接。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)層。該層主要功能有：初始化網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)的連接與斷開；路由的發(fā)現(xiàn)與選擇；數(shù)據(jù)發(fā)送以及數(shù)據(jù)接收；廣播通信；提供與應(yīng)用層通信的連接接口等。 （ 4）應(yīng)用層。該層主要部分為應(yīng)用程序支持子層 ( 議設(shè)備對(duì)象 (用戶自定義的應(yīng)用程序。在該層中包含了時(shí)間的同步和節(jié)點(diǎn)的定位。其中時(shí)間同步服務(wù)是為協(xié)調(diào)工作的節(jié)點(diǎn)同步本地時(shí)鐘；節(jié)點(diǎn)定位服務(wù)是基于其他 已知 的節(jié)點(diǎn)的位置來(lái)確定別的節(jié)點(diǎn)位置，從而為系統(tǒng)建立特定的相關(guān)的空間關(guān)系。 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 議標(biāo)準(zhǔn)定義了 3 種網(wǎng)絡(luò)拓 撲結(jié)構(gòu)：星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間的通信通過(guò)每個(gè)設(shè)備的唯一地址和接入網(wǎng) 絡(luò) 層 （ N W K ）介質(zhì)訪問(wèn)控制層（M A C ）物 理 層 （ P H Y ）射頻收發(fā)機(jī)應(yīng)用程序支持子層（A P S ）應(yīng)用程序?qū)ο?層 （ A P L ） 范 定義 點(diǎn)進(jìn)行，在通信構(gòu)建好后，所有節(jié)點(diǎn)設(shè)備會(huì)自動(dòng)分配一個(gè)相對(duì) 16 位短地址。其中節(jié)點(diǎn)的 64 位 址為絕對(duì)地址。 其 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 3 所示。 圖 3 絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 （ 1）星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇閱翁到y(tǒng)，也是最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其并沒(méi)有用到 議棧。星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信限制于在終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)間之間，也就是說(shuō)每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)或路由節(jié)點(diǎn)只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行信息交流。且節(jié)點(diǎn)間只有一個(gè)路徑可選，過(guò)于簡(jiǎn)單。 （ 2）樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕M成是由一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和多個(gè)路由及終端節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)彼此間的通信關(guān)系是基于子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)。當(dāng)需要進(jìn)行信息交流時(shí)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只能通過(guò)離自己最近的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)狡渌?jié)點(diǎn)。故該結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，只有一個(gè)路由路徑選擇。 （ 3）網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)涫且粋€(gè)多跳系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)可以作為路由或是終端節(jié)點(diǎn)，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有中繼功能。數(shù)據(jù)在交流過(guò)程中就可以經(jīng)過(guò)多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行中繼，解決了樹狀網(wǎng)絡(luò)的缺陷。該路由網(wǎng)絡(luò)能夠自己創(chuàng)建和升級(jí)，使得其擁有很強(qiáng)的自我組織和修復(fù)能力。 術(shù) 全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱為 人們常稱為 全球通 ，該移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最初是由歐洲定制，其開發(fā)遵旨是建立一個(gè)統(tǒng)一的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ， 有利于全球化，讓手機(jī)用戶可以在世界各地進(jìn)行信息交流。上世紀(jì)末，我國(guó)開始采用該移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步加快了移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展 8。 00 及 成了我國(guó)現(xiàn)有的兩大全球通網(wǎng)絡(luò)，其主要為蜂窩網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在各個(gè)不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)用戶使用電話進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)， 8 會(huì)自動(dòng)搜索并連接到距離近的單元區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。整個(gè) 絡(luò)根據(jù)天線、增益、中繼和傳輸條件，傳輸范圍可以達(dá)到數(shù)十公里。如果通信服務(wù)商建的基站足夠多，基本可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的全區(qū)域覆蓋。 統(tǒng)的幾項(xiàng)重要特點(diǎn)如下：安全性能強(qiáng)、系統(tǒng)容量大、通信質(zhì)量可靠、信號(hào)傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)、誤碼率低、覆蓋范圍廣、系統(tǒng)功耗低。 本章小結(jié) 本章開始主要確定了系統(tǒng)的總體功能需求，給出了預(yù)期的結(jié)果及 要求。然后介紹了上位機(jī)編程軟件 網(wǎng)通信技術(shù) 術(shù)， 術(shù)。分析了各自的相關(guān)理論和特點(diǎn)。為今后進(jìn)一步探究打下了基礎(chǔ)。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)而言，硬件的設(shè)計(jì)是不可或缺的。本章開始對(duì)系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，接著將系統(tǒng)硬件分為 數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分、數(shù)據(jù)接收控制部分，分別闡述了各部分的傳感器及芯片選型和電路設(shè)計(jì)方法。 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想主要分為兩部分：數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分、數(shù)據(jù)接 9 收控制部分。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖 4 所示。 圖 4 系統(tǒng)硬件總體框圖 數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分由傳感器的選型、 塊設(shè)計(jì)組成。傳感器模塊主要包括溫濕度傳感器和有毒氣體檢測(cè)傳感器。其中 塊負(fù)責(zé)了傳感器數(shù)據(jù)的采集及處理和數(shù)據(jù)的無(wú)線組網(wǎng)傳輸。該部分采集模塊分布在各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，通過(guò)組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn) 。 塊選型與設(shè)計(jì) 隨著 術(shù)的誕生，各個(gè)大型公司都制作工作計(jì)劃試圖將該技術(shù)融入到自家產(chǎn)品和芯片中，來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)。其中美國(guó)的德州儀器公司，率先推出了第一款基于 片上系統(tǒng) 片。 成了世界先進(jìn)的 發(fā)器和加強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 8051 內(nèi)核。 司為客戶免費(fèi)提供了完全兼容 議規(guī)范和 議規(guī)范的開源協(xié)議棧，以及豐富的開發(fā)調(diào)試工具 9。故本課題將 片機(jī)作為 術(shù)開發(fā)平臺(tái)。 成了控制功能和射頻收發(fā)功能，擁有著超低功耗、較強(qiáng)的抗干擾抗噪聲能力、信號(hào)傳輸穩(wěn)定等射頻性能，以及性能高、功耗低且具有代碼提前處理功能的 8051 微控制器內(nèi)核。同時(shí) 有著大量功能強(qiáng)大的外部設(shè)備，如 5 個(gè)強(qiáng)大的 道、 生電路、 3 個(gè)通用定時(shí)器（ 1 個(gè) 16 位， 2 個(gè) 8 位）、具有捕獲功能的睡眠定時(shí)器、電能監(jiān)測(cè)器和溫度測(cè)量傳感器、可輸入 8 路且可進(jìn)行配置的 12 位 門狗定時(shí)器、 2 個(gè) 21 個(gè)通用 I/O 口、 全協(xié)處理器等。在 于空置情況下，只耗 24微小電流，非常適用于低功耗的產(chǎn)品。其具有如下主要特點(diǎn)： （ 1） 通信距離遠(yuǎn)?？諘缜闆r下距離達(dá)到 300m，障礙物下達(dá)到 100m； 濕度溫度有毒氣體i g B e e 發(fā) 射模塊i g B e e 接 收模塊 M 處 理 器 M 模 塊0 （ 2） 具有待機(jī)低功耗和休眠模式； （ 3） 硬件支持 A； （ 4） 較寬的工作電壓范圍。 （ 5） 可以達(dá)到 出功率； （ 6） 只需極少外接元件； （ 7） 支持硬件調(diào)試。 圍電路圖如圖 5 所示。 圖 5 圍電路圖 有寬電壓輸入，數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分設(shè)計(jì)的是 壓輸入，滿足工作要求。該模塊電源設(shè)計(jì)，采用 出。故可選擇 電，板子后面有電池座，也可選擇用四節(jié) 5 號(hào)電池供電。采集模塊電源設(shè)計(jì)圖如圖 6 所示。 25221 圖 6 采集模塊電源設(shè)計(jì)圖 傳感器選型 通過(guò)固定規(guī)律轉(zhuǎn)換輸出成可用信號(hào)且能夠查知被測(cè)參數(shù)的電子元器件，被認(rèn)為是傳感器。傳感器的產(chǎn)生與開發(fā)，使身邊事物更加靈活起來(lái)。在世界進(jìn)入信息時(shí)代，生活和工業(yè)上傳感器通常用來(lái)獲取有關(guān)參數(shù)的重要手段。數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊用到的傳感器有 濕度傳感器、 毒氣體檢測(cè)傳感器，可以有效快速地檢測(cè)環(huán)境參數(shù)中的溫度、濕度、有毒氣體。 （ 1）溫濕度傳感器 濕度傳感器是將溫度和濕度測(cè)量集于一體及含有已校準(zhǔn)數(shù)字輸出的復(fù)合傳感器。它由一個(gè)測(cè)量溫元件和一個(gè)電阻模式的感濕元件組成，其內(nèi)部鑲嵌了一個(gè) 8 位的高性能微處理 器。該傳感器擁有基于高性能溫濕度的傳感技術(shù)和數(shù)字化的采集技術(shù)，從而整個(gè)模塊的安全和穩(wěn)定性能有著較大提升。在模塊出廠前都會(huì)在特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行參數(shù)校驗(yàn)，同時(shí) 以 程序形式存儲(chǔ)該校驗(yàn)系數(shù)到 感器數(shù)據(jù)傳輸方式采用單線形式串行接口，從而使得與控制器通信變得更快捷簡(jiǎn)單。 口電路圖如圖 7 所示。 圖 7 口電路圖 （ 2）有毒氣體檢測(cè)傳感器 對(duì)于有毒氣體的檢測(cè)，系統(tǒng)使用的是 毒氣體檢測(cè)傳感器。 毒氣體檢測(cè)傳感器將二氧化錳作為氣敏材料，由于該材料的電導(dǎo)率比較低使得傳感器靈敏度有較大提升。如果傳感器檢測(cè)到有毒氣體時(shí)，其氣敏材料的電導(dǎo)率會(huì)變化，規(guī)律隨著濃度的增高成正比，所以可以利用外部模擬電路將該規(guī)律轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，該傳感器可以檢測(cè)多種有毒氣體或是可燃?xì)怏w如天然氣、氫氣等。 圍電路較簡(jiǎn)單，將其采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò) 行放大后輸出，此時(shí)得到的是模擬性質(zhì)信號(hào)。電阻 供分壓，與另一路采集電壓進(jìn)行 比較，從而實(shí)現(xiàn)靈敏度可調(diào)，輸出數(shù)字性質(zhì)信號(hào)。 圍電路圖如圖 8 所示。 2 圖 8 圍電路圖 數(shù)據(jù)接收控制部分硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)接收控制部分硬件電路設(shè)計(jì)包含 制芯片選型及外圍電路設(shè)計(jì)、路設(shè)計(jì)。該部分完成的功能有，接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理然后在控制器的顯示屏上顯示，如果設(shè)置了 警功能，若達(dá)到報(bào)警要求，將會(huì)以短信的形式發(fā)送到手機(jī)終端達(dá)到報(bào)警效果。此外控制器將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送的上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示。 嵌入式微處理器選型 嵌入式型微處理器是指在一塊較小的電路板上嵌入一塊具有特定功能的微處理器芯片，且芯片外圍電路只與嵌入的相關(guān)功能有關(guān)，從而使得整個(gè)電路板的能耗與體積進(jìn)一步縮小。近年來(lái)，嵌入式處理器的制造工藝和技術(shù)越來(lái)越成熟，許多的大企業(yè)推出了自己的嵌入式微處理器芯片來(lái)瘋狂搶占市場(chǎng)。其中意法半導(dǎo)體 (出的 列是專門為要求性能要高、功耗要低、成本要低的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 核。該系列產(chǎn)品占據(jù)了市場(chǎng)大部分份額。其中按性能分成了兩個(gè)大類： 根據(jù)系統(tǒng)的方案分析和功能考慮，系統(tǒng)選擇 為主控制芯片。該芯片集成了嵌入式 儲(chǔ)器的 核 10，可以兼容所有的 件工具，其 32 位精簡(jiǎn)指令集的處理器使代碼編寫更加高效。 有著 512容量 64嵌入式 率高達(dá) 72 100 腳芯片。其擁有如下主要特點(diǎn)： 13 （ 1） 3 種低功耗模式。休眠、停止、待機(jī)模式； （ 2） 可以進(jìn)行串行調(diào)試 (及 線調(diào)試； （ 3） 12 位的 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器、 12 通道 （ 4） 多達(dá) 11 個(gè)定時(shí)器； （ 5） 電源管理及電壓調(diào)節(jié)功能； （ 6） 嵌套矢量中斷控制器（ （ 7） 寬電壓輸入 控制器電源電路設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)接收控制部分的電源接入是采用 電，電壓為 5V。液晶屏需要5V 供 電，控制芯片及其他芯片電壓需求為 需將 5V 轉(zhuǎn)換成 部分采用 壓調(diào)整芯片。 另外電源也可采用電池供電。 控制器電源電路圖如圖 9 所示： 圖 9 控制器電源電路圖 晶振和復(fù)位電路設(shè)計(jì) 該部分電路設(shè)計(jì)為系統(tǒng)控制芯片提供了 2 個(gè)時(shí)鐘源，一個(gè)為 速時(shí)鐘源，另一個(gè)為 8高速時(shí)鐘源。 模塊復(fù)位電路設(shè)計(jì)為上電和按鈕復(fù)位 。其 電源復(fù)位作用于 腳，在復(fù)位過(guò)程中始終保持低電平。晶振和復(fù)位電路圖如圖 10 所示。 684 圖 10 晶振和復(fù)位電路圖 下載電路設(shè)計(jì) 由于大部分 理器都是采用 議，故系統(tǒng)采用 載模式。式，可以用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行調(diào)試、仿真。電路上采用 20 腳的標(biāo)準(zhǔn) 口座，如圖 11 所示。 圖 11 口電路圖 串口通訊電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)串口通訊采用 線，故需進(jìn)行 路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，該芯片集成了 發(fā)器，無(wú)需外部時(shí)鐘，片內(nèi)上電復(fù)位，支持 議。無(wú)需外部電阻，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，如圖 12 所示。 1234505 圖 12 路圖 電路設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及 片集成了 采用 式。 用的I/O 口相對(duì)較少，利于硬件電路的設(shè)計(jì)。 引腳功能介紹如表 1 所示。 接口電路如圖 13 所示。 表 1 引腳功能圖 針腳 4 位 式 1 位 式 式 名稱 描述 名稱 描述 名稱 描述 1 監(jiān)測(cè) /數(shù)據(jù)位 3 監(jiān)測(cè) 片選擇 2 令 /回復(fù) 令 /回復(fù) 據(jù)輸入 3 4 源 源 源 5 鐘 鐘 鐘 6 7 據(jù)位 0 據(jù)位 據(jù)輸出 8 據(jù)位 1 留 留 9 據(jù)位 2 留 留 16 圖 13 口電路圖 示電路設(shè)計(jì) 于能耗較低和體積較小成為當(dāng)前流行的液晶顯示器，用戶可以使用其作為信息交流和人機(jī)交互的平臺(tái)，所以成為了目前主要電子產(chǎn)品的顯示器件。由于 面設(shè)計(jì)集成常用的 觸摸屏的控制端口，故在設(shè)計(jì) 路板的同時(shí)要將相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)進(jìn)去，系統(tǒng)使用的 片利用驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制液晶屏和觸摸屏。系統(tǒng)使用的是 液晶屏，選擇 片控制液晶屏，利用 片控制觸摸屏。 液晶屏最主要 部位 是位于中間的 可以理解為顯存。液晶面板的一個(gè)像素點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著 每個(gè)存儲(chǔ)單元。在其他模塊的作用下使存儲(chǔ)在 數(shù)據(jù)能夠控制像素點(diǎn)，讓像素點(diǎn)排列組合成各種特定的圖像。對(duì)于 說(shuō)，芯片的工作模式是通過(guò)控制信號(hào)和引腳的配置來(lái)完成。微控制器與 通信兼容 8080 接口模式，可以訪問(wèn) 內(nèi)部存儲(chǔ)和控制資源。該 晶屏是不能自己發(fā)光的，其實(shí)通過(guò) 制器控制背光使屏幕亮起來(lái)。 路圖如圖 14 所示。 圖 14 路圖 路設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中，該 塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)了信息的遠(yuǎn)程傳輸。當(dāng)測(cè)得的環(huán)境參數(shù)達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，若設(shè)置了 警功能，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送相應(yīng)報(bào)警信息到客戶的移動(dòng)終端上。根據(jù)系統(tǒng)功能要求選擇了 塊。 由 司推出的 訊模塊，該模塊集成了 訊功能。其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高。 用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為 900 兆赫茲或 1800 兆赫茲，模塊整體的能耗較低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠性較高。在系統(tǒng)中，根據(jù)系 統(tǒng)功能要求，只用到 能，此功能 17 性能更加穩(wěn)定。 制器之間通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， T 指令控制 狀態(tài)檢查和信息發(fā)送 11。 （ 1） 電源電路設(shè)計(jì) 電源接口采用的是常用的圓孔電源控座，該座支持寬電壓輸入，方便了外部電源接入。電源降壓芯片采用的是 司的 以高效的進(jìn)行同步降壓。電源電路設(shè)計(jì)具有防反接保護(hù)，提高模塊整體供電的安全性。電源電路圖如 15 所示。 圖中 外部電壓輸入， 圖 15 源電路圖 （ 2） 電路設(shè)計(jì) 即通常指的手機(jī)卡，在 塊中其接口電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，為了防止靜電干擾，采用了 司的 片進(jìn)行靜電防護(hù)。 電路如圖 16 所示。 18 圖 16 接口電路圖 此外該模塊的串口通訊部分與 制器的串口通訊電路一致，模塊的天線使用外接天線，可以有效提高 通信質(zhì)量。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，按照功能分類成，數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接收控制部分，并詳細(xì)介紹了這兩部分的電路設(shè)計(jì)原理和功能。其中涉及無(wú)線通訊的 塊，需考慮抗干擾性。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，將軟件部分按模塊化設(shè)計(jì)，分為數(shù)據(jù)采集傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理顯示模塊和上位軟件設(shè)計(jì)模塊。本章將對(duì)這三部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。 數(shù)據(jù)采集傳輸模塊軟件設(shè)計(jì) 該模塊的軟件設(shè)計(jì)主要是基于 議棧來(lái)開發(fā)，分為傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理打包、 絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。傳感器數(shù)據(jù)是由 集的溫度、濕度、煙霧報(bào)警信息組成 。首先三個(gè) 點(diǎn)的傳感器采集數(shù)據(jù)， 然 19 后由 數(shù)據(jù)打包進(jìn)行無(wú)線發(fā)送接收 ，最后由兩個(gè)協(xié)調(diào)器進(jìn)行接收通過(guò)串口發(fā)送給 進(jìn)行處理顯示 。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，定義了系統(tǒng)的通信協(xié)議，以便與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集傳輸模塊軟件總體框圖如圖 17所示。 圖 17 數(shù)據(jù)采集傳輸軟件總體框圖 系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì) 現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，往往由于傳輸距離、外界電磁干擾等因素，造成數(shù)據(jù)丟包等現(xiàn)象。系統(tǒng)擁有特點(diǎn)的通信協(xié)議，使得系統(tǒng)通信的的安全性和可靠性進(jìn)一步加強(qiáng)。制定協(xié)議時(shí)，一般要滿足數(shù)據(jù)包要有包頭、約定好數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)盡可能短。該協(xié)議用于對(duì)終端查詢、控制以及終端的數(shù)據(jù)響應(yīng)。系統(tǒng)通信協(xié)議如表 2 所示。 表 2 系統(tǒng)通信協(xié)議 長(zhǎng) 度 縮 寫 說(shuō) 明 包頭 2 字節(jié) “ $”開頭，十六進(jìn)制為 00端地址 2 字節(jié) 端的地址 功能碼 1 字節(jié) 令碼 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 1 字節(jié) 面帶的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，沒(méi)有數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 0 數(shù)據(jù)內(nèi)容 n 字節(jié) 校驗(yàn)碼 1 字節(jié) 終端地址開始，到數(shù)據(jù)內(nèi)容的異或和 包尾 2 字節(jié) rn結(jié)尾，十 六 進(jìn) 制 為 00點(diǎn)1傳感器節(jié)點(diǎn)2傳感器節(jié)點(diǎn)3傳感器C C 2 5 3 0 ）接收協(xié)調(diào)器2（ C C 2 5 3 0 ）接收P C 機(jī) 接 收 處 理 顯 示 S T M 3 2 接 收 處 理 顯 示組網(wǎng) 組網(wǎng)串口 串口 20 系統(tǒng)主要傳遞的傳感器參數(shù)有 采集的數(shù)據(jù)，所以規(guī)定了這兩種參數(shù)的傳遞格式，如表 3 所示。 表 3 傳感器數(shù)據(jù)傳輸格式 能碼 0據(jù)長(zhǎng)度 5 2 數(shù)據(jù)內(nèi)容 一字節(jié) 0:失敗 1：成功 0:失敗 1：成功 二字節(jié)，溫度 二字節(jié)，濕度 0:滅 1：有煙 校驗(yàn)碼 待計(jì)算 待計(jì)算 點(diǎn)程序設(shè)計(jì) 點(diǎn)程序分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序和終端節(jié)點(diǎn)程序，其中終端節(jié)點(diǎn)程序包含 動(dòng)程序。兩節(jié)點(diǎn)程序都是基于 議棧開發(fā)。 有了 議棧，只需要關(guān)注所發(fā)的數(shù)據(jù)，可以少考慮 議的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 （一）終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì) 據(jù)發(fā)送程序： 0=0; ; =$; =; = ; = ; = =5; =1; =0; = =0; 0 = 1 = ， 9); 21 2 = r; 3 = n; 要傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，所以可以給 一個(gè)高低電平就是反映外界情況。我們需要做的就是對(duì) 應(yīng) 的檢測(cè)。 據(jù)發(fā)送程序： 0=0; =$; =; = ; = ; = =2; =1; =0? = ， 6); = r; 0 = n; 終端節(jié)點(diǎn)上電后，會(huì)初始化系統(tǒng)硬件，再查詢是否組建了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如果有 線網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)加入，然后處理傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，再發(fā)送到協(xié)調(diào)器。終端節(jié)點(diǎn)流程圖如圖 18 所示。 結(jié)束初始化加入網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)開始 22 圖 18 終端節(jié)點(diǎn)流程圖 終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送部分程序： ; ( ( & 0 ); ; ; ; ; （二）協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì) 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)串口傳輸給 制器。協(xié)調(diào)器上電后，會(huì)按照編譯時(shí)給定的參數(shù)，選擇合適的信道、合適的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，從而建立 線網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)后，協(xié)議棧會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)封裝成一個(gè)消息，然后消息會(huì)自動(dòng)加入隊(duì)列，其中任何消息都有其個(gè)人的消息 2。所以只需要到消息隊(duì)列中接收消息，然后從其中取得所需要的數(shù)據(jù)即可，其他的工作由 議棧自動(dòng)完成。程序主要用到協(xié)議棧 的接收函數(shù) ， 流程圖如圖 19 所示。 結(jié)束初始化建立網(wǎng)絡(luò)收到數(shù)據(jù)？串口發(fā)送3 圖 19 協(xié)調(diào)器軟件流程圖 程序主要用到了協(xié)議棧的接收函數(shù)： 接收函數(shù)部分程序： if(9&=$&= &=r &=n) =213&62 &10& &回： K 發(fā)送： 返回： 送： 8615570919927 返回： 8615570919927 送： 5570919927 返回： 5570919927 發(fā)送：英文或是數(shù)字 返回：英文或是數(shù)字 發(fā)送： 1A(十六進(jìn)制發(fā)送 ) 短信發(fā)送函數(shù)代碼： 60; = 00 ; = 27 r); 00); r); 00); %sr， 00); %s， %s， 位