基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文PAGExxx大學(xué)xx學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。PAGEIII摘要傳統(tǒng)的多點(diǎn)分布式溫度檢測(cè)系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，然而隨著分布式節(jié)點(diǎn)的不斷增加，布線復(fù)雜程度和成本也急劇增加，給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，維護(hù)和升級(jí)帶來(lái)了諸多困難。ZigBee是一種嶄新的近程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是為了滿足小型廉價(jià)設(shè)備的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，。本設(shè)計(jì)基于ZigBee技術(shù)，采用CC2430作為溫度檢測(cè)系統(tǒng)芯片，應(yīng)用2.4GHzISM波段,滿足低成本,低功耗的要求。本設(shè)計(jì)首先介紹了課題研究的意義，ZigBee技術(shù)的應(yīng)用范圍以及ZigBee技的發(fā)展現(xiàn)狀。其次，詳細(xì)介紹Zigbee技術(shù)低功耗、低成本以及網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)和符合Zigbee通信協(xié)議的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)CC2430。最后，完成溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件流程圖的設(shè)計(jì)。溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分是以CC2430為控制核心，加上一些外圍電路組成控制系統(tǒng)，包括A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、USB接口轉(zhuǎn)換電路等，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散節(jié)點(diǎn)的溫度采集，采集后的溫度實(shí)時(shí)地顯示。本設(shè)計(jì)可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)多測(cè)點(diǎn)、移動(dòng)性及便捷性等方面的要求，并且能夠有效解決有線網(wǎng)絡(luò)的布線難題和成本問(wèn)題，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。軟件部分主要是傳感器，協(xié)調(diào)器等系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程。關(guān)鍵詞：ZigBee；CC2430；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；溫度采集基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。AbstractTraditionalmulti-pointdistributedtemperaturedetectionsystemusingwiretransmission,withthedistributednodesincreasesceaselessly,thewiringcomplexityandcostsalsoincreaseddramatically,tosystemdesign,maintenanceandupgradebringsalotofdifficulties.ZigBeeisanewshort-rangewirelesscommunicationtechnology,inordertomeettheneedsofsmallcheapequipmentwirelessnetworkingandcontrolstandards,mainlyapplicabletothefieldofautomaticcontrolandremotecontrol,.ThedesignisbasedonZigBeetechnology,usingCC2430asthetemperaturedetectionsystemusing2.4GHzchip,ISMband,meetthelowcost,lowpowerrequirements.Thispaperfirstintroducesthesignificanceoftheresearch,theapplicationofZigBeetechnologyandZigBeetechnologyanddevelopmentstatus.Secondly,introducesZigbeetechnologyoflowpowerconsumption,lowcostandnetworkcapacityisbigwaitforacharacteristicandthecommunicationprotocolwiththeZigbeehardwaredevelopmentplatformCC2430.基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。Finally,thecompletionofthetemperaturedetectionsystemhardwaredesignandsoftwareflowdiagramdesign.ThetemperaturedetectionsystemhardwareispartoftheCC2430asthecontrolcore,plussomeperipheralcircuitstoformcontrolsystem,includingtheA/Dconversioncircuit,displaycircuit,USBinterfaceconversioncircuit,thetemperaturedetection,soastorealizetemperatureofvariousstatemonitoringandotherfunctions.Thesoftwarepartisthemainsensor,coordinatorandtheflowchartofthesystemdesign,detaileddescriptionoftheworkingprocessofthesystem.基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。Keywords:ZigBee;CC2430;wirelesssensornetwork;temperatureacquisition基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。PAGEV目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II1 緒論 11.1引言 11.2課題背景 11.3課題研究的目的和意義 21.4ZigBee的發(fā)展現(xiàn)狀 41.5本設(shè)計(jì)的主要工作 42ZigBee的介紹 52.1ZigBee的概述 52.1.1物理層（PHY層） 62.1.2MAC層 62.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK層） 62.1.4應(yīng)用層（APL層） 72.1.5安全服務(wù)提供層（SSP層） 82.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 82.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型 82.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?82.3工作模式 113溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 123.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 123.2溫度采集系統(tǒng)原理 134溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 154.1zigbee芯片選擇和簡(jiǎn)介 154.1.1zigbee芯片的選擇 15基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。4.1.2cc2430簡(jiǎn)介 15基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。4.1.3CC2430芯片的主要特點(diǎn) 164.1.4I/O端口線引腳功能 174.1.5CC2430外圍電路 194.1.6CC2430應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 214.2節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 224.2.1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 224.2.2路由器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 224.2.3傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì) 234.3電源供電電路 244.4傳感器電路 244.5A/D轉(zhuǎn)換電路圖 264.6USB轉(zhuǎn)串口電路圖 284.7顯示電路 295溫度檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計(jì) 315.1傳感器節(jié)點(diǎn)的程序流程圖 315.2協(xié)調(diào)器的程序流程圖 315.3上位機(jī)軟件的程序的流程圖 326開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 346.1C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)平臺(tái) 346.2IAREmbeddedWorkbench簡(jiǎn)介 346.3上位機(jī)的功能簡(jiǎn)介 357.總結(jié)與展望 36致謝 37參考文獻(xiàn) 3817506附錄 40基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。緒論1.1引言溫控系統(tǒng)、冷庫(kù)溫控系統(tǒng)、智能化建筑控制系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)等眾多應(yīng)用系統(tǒng)中，為了實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)不同點(diǎn)的溫度，需要多點(diǎn)分布式溫度測(cè)量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的多點(diǎn)分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，然而隨著分布式節(jié)點(diǎn)的不斷增加，系統(tǒng)的布線復(fù)雜度和成本也就極具增加，這給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)和升級(jí)帶了許多不便。如何解決有線網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的諸多不便已成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。ZigBee技術(shù)就是一種基于IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，已成為當(dāng)下較為流行的無(wú)線通信技術(shù)。本設(shè)計(jì)意在設(shè)計(jì)一種基于ZigBee的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)分散節(jié)點(diǎn)的溫度采集，采集后的溫度實(shí)時(shí)地顯示。本設(shè)計(jì)可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)多測(cè)點(diǎn)、移動(dòng)性及便捷性等方面的要求，并且能夠有效解決有線網(wǎng)絡(luò)的布線難題和成本問(wèn)題，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。1.2課題背景信息技術(shù)發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的有線通信方式因?yàn)槠涑杀靖?、布線復(fù)雜，已經(jīng)不能完全滿足人們的應(yīng)用需求了。由此，無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照傳輸范圍來(lái)劃分，可分為無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)、無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)。無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)即短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，典型的短距離無(wú)線傳輸技術(shù)有：藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee、WiFi等[1]。在工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化和遙測(cè)遙感領(lǐng)域，藍(lán)牙（Bluetooth）雖然成本較低，成熟度高，但是傳輸距離有限，僅為10米，可以參與組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)少。WiFi雖然傳輸速度較快，傳輸距離達(dá)到100相比之下ZigBee技術(shù)則主要針對(duì)低成本、低功耗和低速率的無(wú)線通信市場(chǎng)，具有如下特點(diǎn)[2]：基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。(1)成立本低：ZigBee模塊的初始成本低，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)采基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，2．4GHz(全球)、915MHz(美國(guó))和868MHz(歐洲)，免執(zhí)照頻段。(2)低功耗：由于ZigBee的傳輸速率較低，傳輸數(shù)據(jù)量較小，并且采用了休眠模式，因此ZigBee設(shè)備功耗很低，僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)時(shí)間使用。(3)低速率。Zigbee工作在20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。(4)時(shí)延短：ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，一般從休眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需要30ms，進(jìn)一步節(jié)約了能源。(5)網(wǎng)絡(luò)容量大：Zigbee可采用星型、樹(shù)型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。(6)可靠度高：為了避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙。MAC層采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行重發(fā)。(7)安全：Zigbee提供了三級(jí)安全模式,包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱密碼,以靈活確定其安全屬性。(8)傳輸距離遠(yuǎn)：傳輸范圍一般介于10～100m之間，在增加RF發(fā)射功率后,亦可增加到1～3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。由于ZigBee技術(shù)具有上述特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用在短距離低速率電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee聯(lián)盟預(yù)測(cè)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)用設(shè)備控制等。1.3課題研究的目的和意義基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。ZigBee基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。智能家庭：現(xiàn)今家用電器已經(jīng)隨處可見(jiàn)了，如何將這些電器和電子設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet，使得用戶可以方便地在任何地方監(jiān)控自己家里的情況。ZigBee技術(shù)提供了家庭智能化的技術(shù)支持，在ZigBee技術(shù)的支持下，家用電器可以組成一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)，省卻了在家里布線的煩惱。工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。自動(dòng)抄表：現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來(lái)逐家逐戶進(jìn)行抄表，十分不方便。而ZigBee可以用于這個(gè)領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)把讀數(shù)直接發(fā)送到提供煤氣或水電的公司。使用ZigBee進(jìn)行抄表還可以帶來(lái)其它好處，比如煤氣或水電公司可以直接把一些信息發(fā)送給用戶，或者和節(jié)能相結(jié)合，當(dāng)發(fā)現(xiàn)能源使用過(guò)快的時(shí)候可以自動(dòng)降低使用速度。醫(yī)療監(jiān)護(hù)：醫(yī)療工作中，時(shí)常要獲得病人的生理指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)，可以通過(guò)放置傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)。由于是無(wú)線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。此外，ZigBee技術(shù)也可以應(yīng)用到汽車電子、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和軍事領(lǐng)域中。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日漸興起，ZigBee技術(shù)將會(huì)扮演更為重要的角色。但是，物聯(lián)網(wǎng)的全面普及將是一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，至少目前還在探索和實(shí)驗(yàn)階段，距離實(shí)用還有很長(zhǎng)的路要走?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。雖然前景一片大好，但是我們應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到由于各方面的制約，ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)說(shuō)不上成熟，主要表現(xiàn)在：ZigBee市場(chǎng)仍處于起步探索階段，終端產(chǎn)品和應(yīng)用大多處于研發(fā)階段，真正上市的少，且以家庭自動(dòng)化為主；潛在應(yīng)用多，但具有很大出貨量的典型應(yīng)用少，市場(chǎng)缺乏明確方向；使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)星狀拓?fù)涞膽?yīng)用較多，體現(xiàn)ZigBee優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用少；基于IEEE802.15.4底層協(xié)議的應(yīng)用多，而基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的應(yīng)用少?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。1.4ZigBee的發(fā)展現(xiàn)狀ZigBee作為一種新興的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)短距離無(wú)線通信協(xié)議，其協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)是基于標(biāo)準(zhǔn)七層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI)，IEEE802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)定義了下面的兩層：物理層和媒體接入控制子層；網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會(huì)聚層、應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟制訂。2002年，ZigBee聯(lián)盟創(chuàng)立，創(chuàng)始者包括IC供應(yīng)商、無(wú)線IP提供商、設(shè)備制造商、測(cè)試設(shè)備制造商和最終產(chǎn)品制造商等，這些企業(yè)能提供適應(yīng)ZigBee的產(chǎn)品和解決方案。ZigBee聯(lián)盟于2004年底發(fā)布了ZigBee協(xié)議1．0版本規(guī)范，2006年11月發(fā)布了ZigBee協(xié)議1．1版本規(guī)范，2007年10月發(fā)布了ZigBeePro版本規(guī)范。ZigBee聯(lián)盟的主要目標(biāo)是以通過(guò)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費(fèi)者提供更富有彈性、更容易使用的電子產(chǎn)品。ZigBee技術(shù)能融入各類電子產(chǎn)品，應(yīng)用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業(yè)以及工業(yè)等市場(chǎng)。使得聯(lián)盟會(huì)員可以利用ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來(lái)。1.5本設(shè)計(jì)的主要工作本文主要研究了基于ZigBee的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建，以及軟件流程圖設(shè)計(jì)。主要工作包括以下幾個(gè)方面：（1）闡述了設(shè)計(jì)的背景、目的和意義以及目前ZigBee研究發(fā)展情況。（2）介紹了ZigBee的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、各層的功能、ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及工作模式，此外介紹了CC2430芯片及它的外圍電路。（3）介紹了本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)。如協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、路由器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。（4）軟件流程圖設(shè)計(jì)。傳感器，協(xié)調(diào)器等流程圖的設(shè)計(jì)。（5）對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。2ZigBee的介紹2.1ZigBee的概述ZigBee是一種新興的短距離，低速率，低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。它有主見(jiàn)的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電微波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，因此它們的通行效率非常高。ZigBee協(xié)議是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的[3]，由IEEE802.15.4和ZigBee聯(lián)盟共同制定。IEEE802.15.4工作組制定ZigBee協(xié)議的物理層（PHY）和媒體訪問(wèn)控制層（MAC層）協(xié)議。ZigBee聯(lián)盟成立用于2002年，定義了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）和安全服務(wù)規(guī)范。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2-1。應(yīng)用層（含應(yīng)用接口層）用戶安全層ZigBee聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)層MAC層IEEE802.15.4物理層圖2-1ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。ZigBee協(xié)議由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)，應(yīng)用層(APL)及安全服務(wù)提供層(SSP)五塊內(nèi)容組成。其中PHY層和MAC層標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義，MAC層之上的NWK層，APL層及SSP層，由ZigBee聯(lián)盟的ZigBee標(biāo)準(zhǔn)定義。APL層由應(yīng)用支持層(APS)，應(yīng)用框架(AF)以及ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)及ZDO管理平臺(tái)組成?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。2.1.1物理層（PHY層）主要功能：物理層定義了物理無(wú)線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下四個(gè)方面的功能：1.激活和休眠射頻收發(fā)器。2.信道能量檢測(cè)。3.收發(fā)數(shù)據(jù)。4.檢測(cè)接受數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示。工作頻段和信道分配：物理層定義了三個(gè)載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)。三個(gè)頻段總共提供27個(gè)信道，信道的編號(hào)從0到26。868MHZ頻段一個(gè)信道。915MHZ頻段10個(gè)信道，2450MHZ頻段16個(gè)信道。2.1.2MAC層主要功能：MAC層使用CSMA-CA沖突避免機(jī)制對(duì)無(wú)線信道訪問(wèn)進(jìn)行控制[4]，負(fù)責(zé)物理相鄰設(shè)備問(wèn)的可靠鏈接，支持關(guān)聯(lián)(Association)和退出關(guān)聯(lián)(Disassociation)以及MAC層安全。MAC層提供兩種服務(wù)：MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)和MAC層管理服務(wù)，MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)。MAC層的主要功能包括以下幾個(gè)方面：進(jìn)行信標(biāo)管理。信道接入。保證時(shí)隙(GTS)管理。幀確認(rèn)應(yīng)答幀傳送、連接和斷開(kāi)連接。2.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK層）基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。主要功能：基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。NWK層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址分配，組網(wǎng)管理，消息路由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護(hù)等功能。NWK層主要是為了確保正確地操作IEEE802.15.4．2003MAC子層和為應(yīng)用層提供服務(wù)接口。NWK層從概念上包括兩個(gè)服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體和管理服務(wù)實(shí)體。網(wǎng)絡(luò)層的功能有以下幾個(gè)方面[5]：1.NWK層的責(zé)任主要包括加入和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用到的機(jī)制、應(yīng)用幀安全機(jī)制和他們的目的地路由幀機(jī)制。2.ZigBee協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層還負(fù)責(zé)建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。3.網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。4.網(wǎng)絡(luò)形成。5.允許設(shè)備連接。6.斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接。7.接收機(jī)同步。8.信息庫(kù)維護(hù)。2.1.4應(yīng)用層（APL層）ZigBee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(APS子層)、應(yīng)用框架(AF)和ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)。APS子層負(fù)責(zé)建立和維護(hù)綁定表，綁定表主要根據(jù)設(shè)備之間的服務(wù)和他們的需求使設(shè)備相互配對(duì)。ZigBee的應(yīng)用框架(AF)為各個(gè)用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象提供了模板式的活動(dòng)空間，并提供了鍵值對(duì)(KVP)服務(wù)和報(bào)文(MSG)服務(wù)供應(yīng)用對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸使用。一個(gè)設(shè)備允許最多240個(gè)用戶自定義應(yīng)用對(duì)象，分別指定在端點(diǎn)l至端點(diǎn)240上。ZDO[6]可以看成是指配到端點(diǎn)O上的一個(gè)特殊的應(yīng)用對(duì)象，被所有ZigBee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象調(diào)用的一個(gè)功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。ZDO負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(例如是ZigBee協(xié)調(diào)器或者ZigBee終端設(shè)備)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備和決定他們提供哪種應(yīng)用服務(wù)，發(fā)現(xiàn)或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立可靠的關(guān)聯(lián)2.1.5安全服務(wù)提供層（SSP層）基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。安全服務(wù)提供者SSP(SecurityServiceProvider)向NWK層和APS層提供安全服務(wù)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。ZigBee協(xié)議層與層之間是通過(guò)原語(yǔ)進(jìn)行信息的交換和應(yīng)答的。大多數(shù)層都向上層提供數(shù)據(jù)和管理兩種服務(wù)接口，數(shù)據(jù)SAP(ServiceAccessPoint)和管理SAP(ServiceAccessPoint)。數(shù)據(jù)服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)，管理服務(wù)接口的目標(biāo)是向上層提供訪問(wèn)內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制。2.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類型，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(nèi)容，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[7]分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器(Router)和終端節(jié)點(diǎn)（EndDevice）。節(jié)點(diǎn)類型是網(wǎng)絡(luò)層的概念，反映了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓?fù)湫问剑盒切屯負(fù)?、?shù)型拓?fù)洹⒕W(wǎng)狀拓?fù)洹?.2.1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型(1)協(xié)調(diào)器（Coordinator）在各種拓?fù)湫问降腪igBee網(wǎng)絡(luò)中，有且只有一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，它負(fù)責(zé)選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率通道、建立網(wǎng)絡(luò)并將其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、提供信息路由、安全管理和其他服務(wù)。(2)路由器（Router）當(dāng)采用樹(shù)型和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，需要用到路由器節(jié)點(diǎn)，它也可以加入?yún)f(xié)調(diào)器，是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必要部件。它負(fù)責(zé)發(fā)送和接受節(jié)點(diǎn)自身信息；節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)信息；允許子節(jié)點(diǎn)通過(guò)它加入網(wǎng)絡(luò)。(3)終端節(jié)點(diǎn)終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是發(fā)送和接收信息，通常一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)不處在數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時(shí)可進(jìn)入休眠狀態(tài)以降低能耗。2.2.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?1)星型拓?fù)浠赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。星型拓?fù)涫亲詈?jiǎn)單的拓?fù)湫问絒8]，如圖2-2。圖中包含一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和一些終端節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，在兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊必須通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，其缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一路徑?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩類：一類是中心節(jié)點(diǎn)僅完成從節(jié)點(diǎn)連通的作用；另一類是，中心節(jié)點(diǎn)是有很強(qiáng)處理能力的計(jì)算機(jī)，從節(jié)點(diǎn)是一般的計(jì)算機(jī)或終端，這時(shí)中心節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)接和數(shù)據(jù)處理的雙重功能。強(qiáng)的中心節(jié)點(diǎn)成為各從節(jié)點(diǎn)共享的資源，中心節(jié)點(diǎn)也可以按儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)方式工作。協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器路由器圖2-2星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(2)樹(shù)型拓?fù)錁?shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-3。協(xié)調(diào)器可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)的路由器節(jié)點(diǎn)也可以連接路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。直接通信只可以在父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，非父子關(guān)系的節(jié)點(diǎn)只能間接通信。樹(shù)形拓?fù)溥m用于相鄰層的通信較多的情況，典型的應(yīng)用層是最低層節(jié)點(diǎn)解決不了的問(wèn)題，請(qǐng)求中層計(jì)算機(jī)解決，中層計(jì)算機(jī)解決不了的問(wèn)題，請(qǐng)求頂部計(jì)算機(jī)解決?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器路由器終端節(jié)點(diǎn)圖2-3樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(3)網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)狀拓?fù)淙鐖D2-4。網(wǎng)狀拓?fù)渚哂徐`活路由選擇方式，如果某個(gè)路由路徑出現(xiàn)問(wèn)題，信息可自動(dòng)沿其他路徑進(jìn)行傳輸。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可相互傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)按照Z(yǔ)igBee協(xié)議算法選擇最優(yōu)化路徑，以使網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，通訊更有效率。網(wǎng)狀拓?fù)涓鞴?jié)點(diǎn)的距離很長(zhǎng)，某些節(jié)點(diǎn)間是否用點(diǎn)—點(diǎn)線路專線連接，要依據(jù)其間的信息流量以及網(wǎng)絡(luò)所處的地理位置而定。如果某些節(jié)點(diǎn)間的通信可由其他中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)且不甚影響網(wǎng)絡(luò)性能，可不必直接互聯(lián)。因此在地域范圍很廣節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)，都是部分節(jié)點(diǎn)連接的任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。部分節(jié)點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)必然帶來(lái)由中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)而相互通信的現(xiàn)象，稱此為交換?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器路由器圖2-4網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.3工作模式ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作模式可以分為信標(biāo)(Beacon)模式和非信標(biāo)(Non-beacon)模式兩種[9]。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。在信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)以一定的間隔時(shí)間(一般在15ms--4mins之間)向網(wǎng)絡(luò)廣播信標(biāo)幀，兩個(gè)信標(biāo)幀發(fā)送間隔之間有16個(gè)相同的時(shí)槽，這些時(shí)槽分為網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)和網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)兩個(gè)部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)區(qū)的各個(gè)時(shí)槽內(nèi)發(fā)送。非信標(biāo)模式下，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向其父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)的周期性(周期可設(shè)置)休眠。網(wǎng)絡(luò)中所有的父節(jié)點(diǎn)需要為自己的子節(jié)點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)幀，所有子節(jié)點(diǎn)的大多數(shù)時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，周期性的醒來(lái)與父節(jié)點(diǎn)握手以確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并向父節(jié)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)，其從休眠模式轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式一般只需要15ms?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。3溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的無(wú)線溫度采集系統(tǒng)以C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，使用了兩塊表演板，利用芯片自帶的溫度傳感器采集溫度值，充分發(fā)揮了C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)平臺(tái)的豐富資源[22]。在上位機(jī)上，采集的溫度實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，并且通過(guò)折線圖動(dòng)態(tài)描繪出溫度的變化趨勢(shì)?？紤]到可能采集多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度，上位機(jī)可以根據(jù)客戶要求切換不同節(jié)點(diǎn)的溫度折線圖。為了方便對(duì)以往數(shù)據(jù)的查看，采集到的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)保存到了文檔之中。本文總體設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)針對(duì)主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。主協(xié)調(diào)器的硬件系統(tǒng)中包括CC2430通信模塊、鍵盤電路模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、液晶顯示模塊和電源電路模塊等[10]。主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的主要功能是負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的消息，并向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)控制信息，同時(shí)與Pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中串口轉(zhuǎn)USB模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換CC2430模塊與PC機(jī)的通信信號(hào)；液晶顯示模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的指示；電源模塊通常采用持續(xù)電力供電，為主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。天線天線CC2430存儲(chǔ)器8051MCUA/D轉(zhuǎn)換通用接口LCD模塊鍵盤電路復(fù)位電路USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)串口USB電源管理PC

圖3-1總體框圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。溫度傳感模塊的核心元件為Pt100鉑電阻，它是正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，線性較好，在0~100℃之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于0.5℃。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)[11]。模塊框圖如圖3-電源單元電源單元激勵(lì)電路電橋電路放大電路通信單元單片機(jī)A/D圖3-2溫度傳感模塊框圖3.2溫度采集系統(tǒng)原理基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。本系統(tǒng)由三類節(jié)點(diǎn)組成：ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)。圖3-3所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調(diào)器是分布式處理中心，即匯聚節(jié)點(diǎn)。多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)置于不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點(diǎn)，然后匯聚節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)做進(jìn)一步處理并顯示給用戶。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以與多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)區(qū)域，何時(shí)檢測(cè)哪個(gè)區(qū)域通常由用戶通過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來(lái)控制。當(dāng)被檢測(cè)區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)距離傳感器節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，可以通過(guò)增加路由器節(jié)點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)用戶沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行低功耗的信道掃描?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。上位機(jī)上位機(jī)138規(guī)范化88491367511101223規(guī)范化881#倉(cāng)庫(kù)2#倉(cāng)庫(kù)Zigbee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；2，3-路由器節(jié)點(diǎn)4-13—傳感器節(jié)點(diǎn)圖3-3溫度采集系統(tǒng)示意圖圖3-3溫度采集系統(tǒng)示意圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。4溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1zigbee芯片選擇和簡(jiǎn)介4.1.1zigbee芯片的選擇現(xiàn)在的ZigBee芯片包括單芯片和ZigBee射頻芯片兩種芯片廠商提供的主力ZigBee射頻芯片在性能上大同小異。比較流行的freescale的mc13192和chipcon的cc2420以及Ember公司的芯片，它們?cè)谛阅苌匣鞠嗤?，都支持IEEE802.15.4協(xié)議。射頻芯片通過(guò)SPI接口與MCU相連，由MCU進(jìn)行控制。所謂單芯片，就是一個(gè)芯片上集成了ZigBee射頻部分和MCU[18]。以chipcon公司的cc2430為例，他將cc2420芯片與一個(gè)51單片機(jī)集成在同一篇芯片上，其體積與一個(gè)cc2420芯片差不多。從應(yīng)軟件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，選擇cc2430或者選擇cc2420外加一個(gè)帶有SPI接口的單片機(jī)，軟件設(shè)計(jì)是沒(méi)有太大區(qū)別的，尤其是MAC層以上是完全相同的。但從硬件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，單芯片方案卻比雙芯片方便很多。在雙芯片方案中，MCU和射頻芯片之間用SPI接口相連，增加的布線的復(fù)雜性。而在高速PCB設(shè)計(jì)上，任何額外的布線和芯片數(shù)目的增加，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，必須謹(jǐn)慎地選擇芯片布置的位置和走線。因此增加了PCB設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性。從成本上看cc2430和cc2420價(jià)格接近，但使用cc2420時(shí)需外加一個(gè)單片機(jī)，增加了系統(tǒng)的成本。因此綜合考慮，cc2430的單芯片解決方案是更好的選擇。4.1.2CC2430簡(jiǎn)介CC2430是一顆真正的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案[12]。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHzISM波段應(yīng)用，及對(duì)低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個(gè)高性能2.4GHzDSSS(直接序列擴(kuò)頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430的尺寸只有7×7mm48-pin的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的0.18微米CMOS標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。這可實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶處理器，RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲(chǔ)器整合在同一個(gè)硅晶片上?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。CC2430包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘32MHz?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。CC2430包含一個(gè)DMA控制器。8K字節(jié)靜態(tài)RAM，其中的4K字節(jié)是超低功耗SRAM。32K，64K或128K字節(jié)的片內(nèi)Flash塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。CC2430集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè)32MHz晶體振蕩器，一個(gè)16MHzRC-振蕩器，一個(gè)可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個(gè)可選的32.768kHzRC振蕩器。CC2430也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個(gè)AES協(xié)處理器被集成在CC2430之中，用來(lái)支持IEEE802.15.4MAC安全所需的（128位關(guān)鍵字）AES的運(yùn)行，以盡可能少的占用微控制器。中斷控制器為總共18個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部Flash編程。I/O控制器的職責(zé)是21個(gè)一般I/O口的靈活分配和可靠控制。CC2430包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè)16位MAC定時(shí)器，用以為IEEE802.15.4的CSMA-CA算法提供定時(shí)以及為IEEE802.15.4的MAC層提供定時(shí)。一個(gè)一般的16位和兩個(gè)8位定時(shí)器，支持典型的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和PWM功能。CC2430內(nèi)集成的其他外設(shè)有:實(shí)時(shí)時(shí)鐘；上電復(fù)位；8通道，8－14位ADC；可編程看門狗；兩個(gè)可編程USART，用于主/從SPI或UART操作。為了更好的處理網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用操作的帶寬，CC2430集成了大多數(shù)對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列IEEE802.15.4MAC協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。這包括：自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器、同步字插入/檢測(cè)、CRC-16校驗(yàn)、CCA、信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)/數(shù)字RSSI、連接品質(zhì)指示(LQI)和CSMA/CA協(xié)處理器。4.1.3CC2430芯片的主要特點(diǎn)基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051），具有128KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（Watchdogtimer）、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(PowerOnReset)、掉電檢測(cè)電路(Brownoutdetection)，以及21個(gè)可編程I/O引腳?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下[13]：1.高性能和低功耗的8051微控制器核。2.集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)。3.優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。4.在休眠模式時(shí)僅0.9μA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng);在待機(jī)模式時(shí)少于0.6μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。5.硬件支持CSMA/CA功能。6.較寬的電壓范圍（2.0～3.6V）。7.數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能。8.具有電池監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。9.集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。10.帶有2個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE802.15.4規(guī)范的MAC計(jì)時(shí)器，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器。11.強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具。4.1.4I/O端口線引腳功能CC2430有21個(gè)可編程的I/O口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個(gè)可使用的位。通過(guò)軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I/O口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備I/O口使用。I/O口有下面的關(guān)鍵特性[14]：1.可設(shè)置為通常的I/O口，也可以設(shè)置為外圍I/O口使用。2.在輸入時(shí)有上拉和下拉能力。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。3.全部21個(gè)數(shù)字I/O口引腳都具有響應(yīng)外部的終端能力。如果需要外部設(shè)備，可對(duì)I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來(lái)喚醒休眠式?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。1～6腳（P1_2～P1_7）:具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。8～9腳（P1_0～P1_1）:具有20mA的驅(qū)動(dòng)能力。11～18腳（P0_0～P0_7）：具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。43，44，45，46，48腳（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。電源線引腳功能：7腳（DVDD）：為I/O提供2.0～3.6V工作電壓。20腳（AVDD_SOC）：為模擬電路連接2.0～3.6V的電壓。23腳（AVDD_RREG）：為模擬電路連接2.0～3.6V的電壓。24腳（RREG_OUT）：為25，27～31，35～40引腳端口提供1.8V的穩(wěn)定電壓25腳(AVDD_IF1)：為接收器波段濾波模擬測(cè)試模塊和VGA的第一部電路提供1.8V壓。27腳（AVDD_CHP）：為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供1.8V電壓。28腳（VCO_GUARD）：VCO屏蔽電路的報(bào)警連接端口。29腳（AVDD_VCO）：為VCO和PLL環(huán)濾波器最后部分電路提供1.8V電壓30腳（AVDD_PRE）:為預(yù)定標(biāo)器、Div2和LO緩沖器提供1.8V的電壓。31腳（AVDD_RF1）:為L(zhǎng)NA、前置偏置電路和PA提供1.8V的電壓。33腳（TXRX_SWITCH）:為PA提供調(diào)整電壓。35腳（AVDD_SW）:為L(zhǎng)NA/PA交換電路提供1.8V電壓。36腳（AVDD_RF2）:為接收和發(fā)射混頻器提供1.8V電壓。37腳（AVDD_IF2）:為低通濾波器和VGA的最后部分電路提供1.8V電壓?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。38腳（AVDD_ADC）:為ADC和DAC的模擬電路部分提供1.8V電壓。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。39腳（DVDD_ADC）:為ADC的數(shù)字電路部分提供1.8V電壓。40腳（AVDD_DGUARD）:為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。41腳（AVDD_DREG）:向電壓調(diào)節(jié)器核心提供2.0～3.6V電壓。42腳（DCOUPL）:提供1.8V的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。47腳（DVDD）:為I/O端口提供2.0～3.6V的電壓?？刂凭€引腳功能：10腳（RESET_N）:復(fù)位引腳低電平有效。19腳（XOSC_Q2）:32MHz的晶振引腳2。21腳（XOSC_Q1）:32MHz的晶振引腳1，或外部時(shí)鐘輸入引腳。22腳（RBIAS1）:為參考電流提供精確的偏置電阻。26腳（RBIAS2）:提供精確電阻，43kΩ±1%。32腳（RF_P）:在RX期間向LNA輸入正向射頻信號(hào)：TX期間接收來(lái)PA的輸入正向射頻信號(hào)。34腳（RF_N）:在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號(hào)：在TX期間接收來(lái)自PA的輸入負(fù)向射頻信號(hào)。43腳(P2_4/XOSC_Q2):32.768kHzXOSC的2.3端口。4.1.5CC2430外圍電路基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。CC2430芯片需要很少的外圍部件的配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)功能[15]。圖4—1為CC2430芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。圖4-1CC2430圖4-1CC2430基本電路基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。圖中C1，C2為22pf的電容，連接32MHZ的晶振電路，此石英晶振用于正常工作使用。C3，C4為15pf的電容，連接32.768KHZ的晶振電路，此石英晶振用于休眠時(shí)工作，這樣就能夠降低它的工作損耗。C5為0.1μf的電容，用來(lái)去除一些雜波的干擾，從而有效的防止的單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位。C6是100nf的電容，C7為220nf的電容，C8為220nf的電容。這些電容用作濾波，去除雜波的干擾使電壓能夠更加的穩(wěn)定。電路中使用非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。C9為5.6pf的電容，電路中非平衡的變壓器就是由C9和電感L1，L2，L3以及一個(gè)PCB微波傳輸線路組成的。整個(gè)的結(jié)構(gòu)滿足RF輸入/輸出匹配電阻（50Ω）的要求。L1為8.2nh的電感，L2為22nh的電感，L3是1.8nh。C10，C11為去耦合電容，用來(lái)電源濾波，這樣就可以提高了芯片工作的穩(wěn)定性。偏置電阻器R1和R2分別是43KΩ，56KΩ。R1用來(lái)為32MHZ晶體振蕩器設(shè)置精密偏置電流?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。4.1.6CC2430應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域的大量的微型ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)(即ZigBee終端RFD節(jié)點(diǎn))和ZigBeeFFD網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成一個(gè)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[17]。其應(yīng)用電路硬件框圖如圖所示圖4-2RFD節(jié)點(diǎn)電路圖圖4-2RFD節(jié)點(diǎn)電路圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。圖4-3網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器電路框圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。圖4-3網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器電路框圖4.2節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)4.2.1協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)如圖4-4所示，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。RF的輸入／輸出是高阻和差動(dòng)的。當(dāng)使用不平衡天線(例如單極天線)時(shí)，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當(dāng)使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運(yùn)行在使用低成本的單獨(dú)電感器和電容器的場(chǎng)合。電源模塊用于CC2430的數(shù)字I/O和部分模擬I/O的供電，供電電壓為2．0～3．6V。CC2430可以同時(shí)接32MHz和32．768kHz的兩種頻率的晶振電路，以滿足不同的要求。串口電路用于CC2430將接收到的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，由于上位機(jī)與CC2430的電平不一致，所以需要一個(gè)MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。圖4-4圖4-4協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)RF-PPF-NRXDTXD天線UARTMAX232電源模塊2.0-3.6晶振32MH32.768KHzCC24304.2.2路由器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。路由器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，因此，該電路比較簡(jiǎn)單，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊和晶振電路組成。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。4.2.3傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)和硬件設(shè)計(jì)如圖3-3所示，該節(jié)點(diǎn)由無(wú)線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊、晶振電路和串口電路組成。由于CC2430芯片本身帶有溫度傳感器，因而本實(shí)驗(yàn)直接采用了CC2430的內(nèi)置溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度。但是該溫度傳感器的精度有限，如果要求更高的精度，可以擴(kuò)展出一個(gè)溫度傳感器，如LM94002。天線天線電源模塊2.0-3.6晶振32MH32.768KHzRF-PPF-NRXDTXDCC2430天線電源模塊2.0-3.6晶振32MHZ32.768KHZZ圖4圖4-5傳感器節(jié)點(diǎn)下面對(duì)每個(gè)部分的功能和指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹：(1)信息收集終端：即協(xié)調(diào)器，放置于監(jiān)控室，完成網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)，和節(jié)點(diǎn)之間綁定的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機(jī)軟件，進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計(jì)采用RS-232串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。(2)溫度采集終端：即節(jié)點(diǎn)，放置在需要采集溫度的地方。溫度采集終端可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入、與協(xié)調(diào)器綁定的建立、溫度的檢測(cè)。檢測(cè)到的溫度通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。(3)上位機(jī)：位于監(jiān)控室，完成對(duì)所采集溫度的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到文檔中，同時(shí)以折線圖的形式實(shí)時(shí)反映出溫度的變化趨勢(shì)，使其更為直觀。顯示的折線圖可以在不同節(jié)點(diǎn)之間切換。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。4.3電源供電電路220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器降壓后得到9V交流電，然后經(jīng)過(guò)整流橋全波整流，電容濾波穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的5V直流電源。本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓芯片7805來(lái)獲得所需直流穩(wěn)壓電源。7805的電壓輸入范圍較寬，輸入電壓在7V-36V之間都可實(shí)現(xiàn)良好的穩(wěn)壓效果。考慮芯片的熱效應(yīng)及穩(wěn)壓的準(zhǔn)確性，所以盡量減少輸出電壓與輸入電壓的電壓差，同時(shí)為了保證電源可以提供足夠的功率，電壓壓差至少要大于3V，所以本系統(tǒng)的輸入電壓定位9V，足以保證電源所能提供的功率，且芯片不會(huì)過(guò)熱[15]。 D1是整流橋，選用耐壓值A(chǔ)C600V電流為2A的KBP206。C1、C2、C3是用來(lái)吸收低頻脈動(dòng)和濾波的電容，可以是電壓更為平穩(wěn)。為使直流電源更加穩(wěn)定，本電路中使用電容C2吸收其他頻率成分的諧波。U1是7805穩(wěn)壓芯片，該芯片穩(wěn)定性、可靠性較高，且能產(chǎn)生穩(wěn)定額5V直流電源[14]。C3除了啟動(dòng)吸收諧波的作用外，還可防止出現(xiàn)穩(wěn)壓后的直流電源隨后級(jí)負(fù)載的加重而逐漸降低的情況。 除去需給外圍電路提供5V直流電源外，Zigbee芯片需要3.3V的直流電壓，故需要使用一個(gè)三端穩(wěn)壓器把5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V直流電源。本設(shè)計(jì)中中采用AMS1117芯片，輸出電壓為3.3V，輸出電流可高達(dá)1A。直流電源的供電電路分別如圖所示。圖4-6直流電源供電電路基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。圖4-73.3V直流電源供電電路4.4傳感器電路由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，所以系統(tǒng)需要將信號(hào)進(jìn)行放大。溫度傳感器使用的是高精度模擬輸出CMOS溫度傳感器LM94022，該傳感器的末級(jí)為推挽輸出，輸出電壓與感測(cè)的溫度成反比，即溫度越高輸出電壓越低；可提供4個(gè)不同增益讓用戶自行選擇，其中包括-5.5mV/℃、-8.2mV/℃、-10.9mV/℃及-13.6mV/℃。本設(shè)計(jì)溫度傳感器靈敏度選擇-5.5mV/℃，所以LM94022的GS0和GS1端口都接地，溫度信號(hào)放大電路如圖4.3所示。溫度信號(hào)放大電路電路設(shè)計(jì)中要求高輸入低輸出，故放大電路的前置電阻R1的阻值設(shè)為10K。由于運(yùn)放LM324的輸入級(jí)是差動(dòng)放大電路，要求兩端輸入回路參數(shù)對(duì)稱，即RN=RP，RN=R1//RF，故R2=R1//R3，R5=8.3K。依據(jù)運(yùn)算放大器“虛短”、“虛斷”特性，有U-=U+。電壓放大倍數(shù)為5?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第31頁(yè)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第31頁(yè)。圖4-7溫度傳感器電路4.5A/D轉(zhuǎn)換電路圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第32頁(yè)。采用的是TLC2543-使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成12為快速A/D轉(zhuǎn)換。一個(gè)電位器調(diào)節(jié)TLC2543基準(zhǔn)電壓輸出。TLC2543與外圍電路的連線簡(jiǎn)單，有3個(gè)控制輸入端，為CS，輸入/輸出時(shí)鐘以及串行數(shù)據(jù)輸入端。片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或者3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中的一個(gè)。12為數(shù)據(jù)線分時(shí)使用，內(nèi)部帶有精準(zhǔn)的參考電源?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第32頁(yè)。圖4-8A/D轉(zhuǎn)換電路圖圖4-8A/D轉(zhuǎn)換電路圖TLC2543的引腳功能：VCC：正電源端，一般接+5VGND：正電源地。REF+：正基準(zhǔn)電壓端，一般接+5VREF-：負(fù)基準(zhǔn)電壓端，一般接地ANI0—AIN10：模擬輸入端CS：片選端，由高到低有效，由外部輸入。I/OCLOCK：為I/O時(shí)鐘DATAINPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端DATAOUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第33頁(yè)。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端，向外部輸出基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第33頁(yè)。4.6USB轉(zhuǎn)串口電路圖采用CP2102改造的接口應(yīng)用電路圖如圖所示。串口擴(kuò)展，僅需要2-3只外部去耦電容器，REGIN端需加0.1μf與1.0μf并聯(lián)的去耦電容。CP2102的供電電源由計(jì)算機(jī)的USB接口提供，再連接3只保護(hù)管以便使用。該電路僅用CP2102的UART總線上TCD/RCD兩個(gè)引腳，其余懸空。單片機(jī)可直接識(shí)別CP2102的UART總線上信號(hào)，為確保數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)定性，避免通信過(guò)程受到干擾，采用光電耦合器隔離，并將RST采用一只4.7KΩ電阻上拉至VDD。圖4-9USB轉(zhuǎn)串口電路圖圖4-9USB轉(zhuǎn)串口電路圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第34頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第34頁(yè)。4.7顯示電路本設(shè)計(jì)顯示采用的數(shù)碼管顯示，電路圖如下：圖圖4—10顯示電路圖本設(shè)計(jì)采用LPC2103自帶的硬件SPI接口與74HC595進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。74HC595將LPC2103發(fā)送過(guò)來(lái)的8位串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)2位共陽(yáng)數(shù)碼管。與1位數(shù)碼管類似，2位LED數(shù)碼管的輸入端在5V電源或高于TTL高電平(3.5V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。由于本設(shè)計(jì)采用共陽(yáng)數(shù)碼管，所以2位數(shù)碼管位選引腳選擇用LPC2103的P0.8與P0.9控制?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第35頁(yè)。74HC595是一款具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能的驅(qū)動(dòng)芯片。移位寄存器和存儲(chǔ)器分別具有獨(dú)立的時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)據(jù)在SHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進(jìn)入到存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入（DS），和一個(gè)串行輸出（Q7），和一個(gè)異步的低電平復(fù)位（MR），存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第35頁(yè)。74HC595引腳功能:Q0-Q7：并行數(shù)據(jù)輸出口，即儲(chǔ)存器的數(shù)據(jù)輸出口。GND：接地。QT：串行輸出口。MR:芯片復(fù)位端（低電平有效）。SHcp：移位寄存器的時(shí)鐘脈沖輸入口。STcp：儲(chǔ)存器的時(shí)鐘脈沖輸入口。OE：輸出使能端（低電平有效）。Ds：串行數(shù)據(jù)輸入端。Vcc：電源基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第36頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第36頁(yè)。5溫度檢測(cè)系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計(jì)5.1傳感器節(jié)點(diǎn)的程序流程圖圖5-1是傳感器節(jié)點(diǎn)的程序流程圖。設(shè)備初始化后，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)依據(jù)ZigBee協(xié)議搜尋網(wǎng)絡(luò)，并請(qǐng)求加入節(jié)點(diǎn)。請(qǐng)求得到確定后，傳感器節(jié)點(diǎn)會(huì)將自身的地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并自動(dòng)與協(xié)調(diào)器建立綁定。在接受到數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求之后，傳感器節(jié)點(diǎn)就會(huì)將溫度值按時(shí)傳給協(xié)調(diào)器。上電復(fù)位上電復(fù)位硬件、堆棧初始化發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是否加入網(wǎng)絡(luò)入網(wǎng)成功否是傳感器采集數(shù)據(jù)發(fā)送成功？是否嘗試重新建立綁定成功？是否圖5-1傳感器節(jié)點(diǎn)流程圖5.2協(xié)調(diào)器的程序流程圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第37頁(yè)。圖5-2是協(xié)調(diào)器的程序流程圖。在設(shè)備初始化完畢后，協(xié)調(diào)器新建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。如果新建網(wǎng)絡(luò)成功，允許協(xié)調(diào)器設(shè)定為綁定。此時(shí)，協(xié)調(diào)器檢測(cè)是否有節(jié)點(diǎn)要求加入網(wǎng)絡(luò)，如果接收到節(jié)點(diǎn)的加入請(qǐng)求，協(xié)調(diào)器會(huì)記錄下節(jié)點(diǎn)的地址，并建立綁定，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)發(fā)出傳送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，得到節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)后，協(xié)調(diào)器開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，最后通過(guò)RS-232串口發(fā)送給上位機(jī)?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第37頁(yè)。否否否上電復(fù)位初始化硬件建網(wǎng)成功是允許綁定發(fā)現(xiàn)設(shè)備建立綁定接收數(shù)據(jù)是將數(shù)據(jù)發(fā)到串口，發(fā)給PC機(jī)圖5-2協(xié)調(diào)器的流程圖圖5-2協(xié)調(diào)器的流程圖5.3上位機(jī)軟件的程序的流程圖基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第38頁(yè)。程序啟動(dòng)后，首先需要對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置并且新建Excel文檔。待串口初始化之后，上位機(jī)MicroSoftCommControl6.0控件開(kāi)始響應(yīng)串口讀入事件[18]。下位機(jī)的數(shù)據(jù)以字符串的形式進(jìn)入上位機(jī)，該字符串包含了節(jié)點(diǎn)的地址信息和所采集的溫度信息。此時(shí)，要對(duì)地址信息和溫度信息進(jìn)行提取。程序根據(jù)提取出的不同地址，選擇在哪一個(gè)PitureBox中繪出曲線。上位機(jī)顯示界面中，有相互重疊的幾個(gè)PictureBox，用來(lái)繪制不同節(jié)點(diǎn)的溫度折線圖。默認(rèn)狀態(tài)下顯示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的折線圖顯示出來(lái)，如果要查看其他節(jié)點(diǎn)的溫度圖線，則可以點(diǎn)擊“查看”菜單進(jìn)行切換。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第38頁(yè)。是是開(kāi)始初始化串口接收來(lái)自串口的數(shù)據(jù)提取地址和溫度值是否新地址？新的PictureBox中繪圖溫度超標(biāo)？否給出警告是否原PictureBox中繪圖新建存儲(chǔ)文檔否圖5-3上位機(jī)流程圖程序運(yùn)行初需要對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置。上位機(jī)運(yùn)行后，界面中PictureBox中實(shí)時(shí)繪出溫度變化的折線圖[19]，當(dāng)前顯示的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)“查看”菜單切換，當(dāng)前顯示的節(jié)點(diǎn)顯示在圖下方的文本框中，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一欄中則顯示的是當(dāng)前串口正讀取的信息?；赯igBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第39頁(yè)。基于ZigBee的無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文全文共60頁(yè)，當(dāng)前為第39頁(yè)。6開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介6.1C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)平臺(tái)ZigBee協(xié)議棧高級(jí)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)C51RF-3是一款經(jīng)濟(jì)、高效、方便的開(kāi)發(fā)工具套裝，滿足IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[20]。C51RF-3-PK開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：1、具有USB高速下載、支持IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；2、具有在線下載、調(diào)試、仿真功能；3、可以根據(jù)需求選配多種擴(kuò)展開(kāi)發(fā)板；4、開(kāi)發(fā)方便、快捷、簡(jiǎn)單；5、功能強(qiáng)大的C51RF-3仿真器。不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CC2430/CC2431程序下載，還可實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)仿真調(diào)試；6、多種擴(kuò)展板既有簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)按鍵、又有液晶顯示及各種傳感器。不但可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的CC2430/CC2431開(kāi)發(fā)，還可作復(fù)雜的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；6.2IAREmbeddedWorkbench簡(jiǎn)介IAREmbeddedWorkbench（簡(jiǎn)稱EW）的C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是今天世界最完整的和最容易使用專業(yè)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具[21]。EW今天已經(jīng)支持35種以上的8位/16位32位ARM的微處理器結(jié)構(gòu)，對(duì)不同的微處理器提供一樣直觀用戶界面。EW[22]包括：嵌入式C/C++優(yōu)化編譯器，匯編器，連