畢業(yè)設(shè)計---基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p>　?。?2010 屆 ） </p><p>　　題 目 基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 </

2、p><p>　　學 院 物理與電子工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程

3、 </p><p>　　基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　Based on wireless transmission of data acquisition system</p><p><b>　　摘要</b></p><

4、;p>　　本文介紹了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的概念，從無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、節(jié)點技術(shù)出發(fā)，歸納了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本特點?；跓o線傳輸節(jié)點設(shè)計原則及選用微型數(shù)字溫度傳感器DS1820和單片機AT89S51組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用集成的無線傳輸技術(shù)模塊（本設(shè)計選用ZigBee集成模塊）作為無線傳輸部分，給出了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的通用結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計方案和具體實現(xiàn)。最后進行實驗環(huán)節(jié)，實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)

5、溫度信息的采集及無線傳輸。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　無線傳輸網(wǎng)絡(luò)；IEEE 802.15.4；ZigBee協(xié)議；DS1820；AT89S51單片機</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This dissertation d

6、escribes the concept of WSN. System structure, node technology and protocols of networks of wireless sensor networks are explored as the research work of the beginning. The characteristics and analyze of the protocols of

7、 data link layer and network layer are carried out. Then, the protocol structure and characteristics of the wireless communication protocol are introduced in detail. It was proposed that basic on the principle of wireles

8、s communication protocol and miracle digi</p><p><b>　　Key words</b></p><p>　　Wireless sensor network (WSN)；IEEE802.15.4；ZigBee protocol; DS1820；AT89S51</p><p><b>　

9、　目 錄</b></p><p><b>　　1.　引言1</b></p><p>　　1.1　無線傳感器的概述1</p><p>　　1.1.1　基于藍牙技術(shù)是我傳感器網(wǎng)絡(luò)1</p><p>　　1.1.2　基于ZigBee技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)1</p><p>　　1.1

10、.3　ZigBee與藍牙的比較1</p><p>　　2.　選用ZigBee集成模塊的無線傳輸數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計2</p><p>　　2.1　系統(tǒng)設(shè)計總體方案2</p><p>　　3.　硬件電路的設(shè)計3</p><p>　　3.1　芯片CC2430簡介3</p><p>　　3.1.1　CC2430的功

11、能特性4</p><p>　　3.2　硬件應(yīng)用電路設(shè)計4</p><p>　　3.3　RFD節(jié)點電路5</p><p>　　3.4　溫度傳感器的構(gòu)建6</p><p>　　3.4.1　DS1820的工作原理6</p><p>　　4.　基于無線傳輸溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計8</p><

12、;p>　　4.1　系統(tǒng)程序設(shè)計8</p><p>　　4.2　協(xié)議棧10</p><p>　　4.3　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件設(shè)計11</p><p>　　4.4　各功能部件的程序流程及程序13</p><p>　　4.4.1　液晶驅(qū)動C51程序13</p><p>　　4.4.2　主程序14</p>

13、;<p>　　5.　系統(tǒng)調(diào)試15</p><p>　　5.1　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及設(shè)備15</p><p>　　5.2　調(diào)試步驟15</p><p>　　5.2.1　進入調(diào)試15</p><p>　　5.2.2　窗口管理15</p><p>　　5.2.3　查看源文件語句16</p>

14、<p>　　5.2.4　查看變量16</p><p>　　5.2.5　設(shè)置并監(jiān)控斷點16</p><p>　　5.2.6　在反匯編模式中調(diào)試17</p><p>　　5.2.7　完整運行程序17</p><p><b>　　6.　總結(jié)17</b></p><p><b&g

15、t;　　致　謝18</b></p><p>　　附錄………………………………………………………………………………….21</p><p><b>　　1.　引言</b></p><p>　　1.1　無線傳感器的概述 </p><p>　　無線傳輸網(wǎng)絡(luò)是由許多獨立的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過無線電波互相通信而構(gòu)成

16、的無線通信網(wǎng)絡(luò)[1]。無線傳輸網(wǎng)絡(luò)在配置上分為“點到點”和“主從”兩種。</p><p>　　1.1.1　基于藍牙技術(shù)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　藍牙技術(shù)主要面向網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備（如PC撥號網(wǎng)絡(luò)、筆記本電 腦、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等），通過無線方式將它們連成一個微微網(wǎng)(Piconet)，它是實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范,是一種低成本、短距離的無線連接技術(shù)。其

17、無線收發(fā)器是很小的一塊芯片，大約有9mm×9mm，可方便地嵌入到便攜式設(shè)備中，從而增加設(shè)備的通信選擇性。藍牙技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的無連接工作，提供了接入數(shù)據(jù)網(wǎng)的功能，并且具有外圍設(shè)備接口，可以組成一個特定的小網(wǎng)。</p><p>　　1.1.2　基于ZigBee技術(shù)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線技術(shù)，主要適合

18、于自動控制、傳感、監(jiān)控和遠程控制等領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。IEEE802.15.4定義了一種廉價的供固定、便攜或移動設(shè)備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術(shù)。</p><p>　　1.1.3　ZigBee與藍牙的比較</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)復雜性</b></p><p>　　ZigBee的系統(tǒng)

19、復雜性要遠小于藍牙的系統(tǒng)復雜性。ZigBee協(xié)議棧[2]簡單，實現(xiàn)相對容易，需要的系統(tǒng)資源也較少，據(jù)估計運行ZigBee需要系統(tǒng)資源約28Kb；藍牙協(xié)議棧相對復雜，需要系統(tǒng)資源約為250Kb。一個網(wǎng)絡(luò)只需要一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，其他終端設(shè)備可以是RFD，也可以是FFD。RFD的價格要比FFD便宜得多，其占用系統(tǒng)資源僅約為4Kb，因此網(wǎng)絡(luò)的整體成本比較低。從這一點來說，ZigBee適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動化等。</p

20、><p><b>　?。?）功耗</b></p><p>　　ZigBee的MAC信道接入機制[3]有兩種：無信標（Beacon）模式和有信標模式。無信標模式就是標準的ALOHACSMA-CA的信道接入機制，終端節(jié)點只在有數(shù)據(jù)要收發(fā)的時候才和網(wǎng)絡(luò)會話，其余時間都處于休眠模式，這樣平均功耗非常低。</p><p>　　藍牙主要采用兩種方式來控制功率：

21、自適應(yīng)發(fā)射功率和調(diào)整基帶鏈接模式。在自適應(yīng)發(fā)射功率控制方式中，從屬設(shè)備檢測到接收信號強度指示值小于最低閾值時，從屬設(shè)備可以請求主控設(shè)備增大的發(fā)射功率，反之，當RSSI大于某個規(guī)定閾值時，從屬設(shè)備也可以請求主控設(shè)備降低發(fā)射功率。藍牙基帶有四種鏈接模式：活躍（Active）、呼吸（Sniff）、保持（Hold）和休眠（Park）。通過調(diào)節(jié)基帶鏈接模式，也可以實現(xiàn)節(jié)約功率的目的?；钴S、呼吸、保持、休眠這四個狀態(tài)消耗的平均功率逐次減小，但設(shè)備響

22、應(yīng)時間也依次增加通過從技術(shù)和應(yīng)用兩方面的分析與比較，可以看出：ZigBee非常適合于低功耗、低數(shù)據(jù)速率的監(jiān)視、傳感網(wǎng)絡(luò)。藍牙則適合于較高數(shù)據(jù)數(shù)率的應(yīng)用，如語音和數(shù)據(jù)傳輸。兩者之間同時又存在著競爭。比如，在計算機外設(shè)、互動玩具、家庭自動化和工業(yè)自動化等應(yīng)用領(lǐng)域及在未來的穿戴網(wǎng)絡(luò)中ZigBee技術(shù)有較強的競爭力。</p><p>　　2.　選用ZigBee集成模塊的無線傳輸數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計</p>

23、<p>　　2.1　系統(tǒng)設(shè)計總體方案</p><p>　　方案一采用模塊和自己的單片機系統(tǒng)組合設(shè)計，這要求對單片機技術(shù)比較熟悉，當然最好是采用自己熟悉的單片機，主要工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通過AT命令集來操作復雜ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，由于不需要分析無線協(xié)議棧代碼和進行高頻設(shè)計，用戶可以將主要精力集中在自己的應(yīng)用代碼開發(fā)。 </p><p>　　方案二：采用模塊

24、或者直接使用ZigBee芯片進行自己的ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。因為不希望進行高頻設(shè)計，可以從模塊開始，直接使用TI等公司提供的ZigBee協(xié)議棧源代碼和庫文件，自己進行應(yīng)用代碼的編寫，然后直接下載到模塊進行調(diào)試，由于EZ-LBee這樣的通用，開放，開源模塊的出現(xiàn)，使這種開發(fā)辦法成為了可能。 </p><p>　　通過對我所學知識掌握程度以及兩操作系統(tǒng)性能及前途等方面的比較我選擇方案二作為我的研究方向，同時單片

25、機是我專業(yè)的主要課程，通過此可以鞏固自己所學的知識，同時如果能夠使用帶有驅(qū)動源代碼的模塊開發(fā)系統(tǒng)，還可以進一步縮短上手時間。zigbee是一種相對較新的技術(shù)，這么一來，我不僅可以提高自己的自學能力，而且可以學得新知識。</p><p>　　ZigBee無線傳感器系統(tǒng)的功能單元結(jié)構(gòu)[4]如圖3-1所示。以ZigBee為基礎(chǔ)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)有著更大的網(wǎng)絡(luò)容量，可以管理更多個網(wǎng)絡(luò)終端。其中感測單元包括溫度傳感器與A /D轉(zhuǎn)換

26、器，用于感知和采集信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由處理單元包括嵌入式微處理器、存儲器及CC2430芯片，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為射頻信號來進行信號的收發(fā)。</p><p>　　圖3-1　ZigBee 無線傳感器系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p>　　3.　硬件電路的設(shè)計</p><p>　　3.1　芯片CC2430簡介</p><p>　　CC2430是一顆真正

27、的系統(tǒng)芯片（SOC）CMOS解決方案[5]，這種方案能夠提高性能并且滿足2.4GHz ISM波段應(yīng)用對低成本、低功耗的要求。它包括了一個高性能的2.4GHz DSSS(直接序列)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧且高效的8051單片機控制器。</p><p>　　CC2430電路原理圖詳見附錄I所示</p><p>　　圖3-1　CC2430 芯片</p><p>　　

28、3.1.1　CC2430功能特性如下：</p><p>　?。?） 高性能和低功耗的8051微控制器。</p><p>　?。?） 集成符合IEEE802.15.4標準的2.4GHz的RF無線收發(fā)機。</p><p>　?。?） 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。</p><p>　?。?） 在休眠模式時僅0.9μA的流耗，外部的中斷或R

29、TC能喚醒系統(tǒng)。在待機模式時少于0.6μA的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。</p><p>　?。?） 硬件支持CSMA/CA功能。</p><p>　　（6） 較寬的電壓范圍（2.0～3.6V）。</p><p>　　（7） 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能。</p><p>　?。?） 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。</p

30、><p>　　（9） 集成了14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。</p><p>　?。?0） 集成了AES安全協(xié)處理器。</p><p>　?。?1） 帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE802.15.4規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。</p><p>　?。?2） 強大和靈活的開發(fā)工具。</p&g

31、t;<p>　　3.2　硬件應(yīng)用電路設(shè)計</p><p>　　CC2430模塊原理圖詳見附錄一</p><p>　　圖3-3　硬件應(yīng)用電路</p><p>　　3.3　RFD節(jié)點電路</p><p>　　該節(jié)點可以檢測自己所處環(huán)境的溫度，并可以掃描按鍵值，然后發(fā)送給主機。同時增加了串口的擴展接口，若外接一個RS-232模塊，就可

32、以把數(shù)據(jù)上傳到計算機上了。</p><p>　　圖3-5　節(jié)點電路原理框圖</p><p>　　3.4　溫度傳感器的構(gòu)建</p><p>　　3.4.1　DS1820的特性</p><p>　　獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊，簡單的多點分布應(yīng)用，無需外部器件，可通過數(shù)據(jù)線供電;零待機功耗，測溫范圍-55~+125℃，以 0.5℃遞增。

33、華氏器件-67~+2570F，以 0.90F 遞增 ,溫度以 9 位數(shù)字量讀出;溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時200ms（典型值);用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置;報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件;應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)[8]. </p><p>　　圖3-6　DS1820 方框圖</p><p>　　圖3-7　DS1820封裝</

34、p><p>　　DS1820引腳及功能：</p><p><b>　　NC ：空</b></p><p><b>　　GND：接地；</b></p><p>　　DQ：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳（單線接口，可作寄生供電）；</p><p><b>　　VDD：電源電壓。</

35、b></p><p>　　3.4.2　DS1820的工作原理</p><p>　　DS1820測溫原理[9]：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于-55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達 0℃，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時，計數(shù)器被

36、復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0℃，如果門周期仍未結(jié)束，則將重復這一過程。</p><p>　　斜坡式累加器[10]用來補償感溫振蕩器的非線性，以期待在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的數(shù)值。DS1820

37、內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 0.5℃的分辨力。溫度以 16bit 帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。DS1820 測溫范圍-55℃~+125℃，以 0.5℃遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個轉(zhuǎn)換因子查找表。</p><p>　　3.4.3　溫度檢測系統(tǒng)原理及程序流程圖</p><p>　　溫度檢測系統(tǒng)采用寄生電源供電方式[11]。為保證在有效的DS1820時鐘

38、周期內(nèi)，提供足夠的電流，我們用一個MOSFET管和89C51的一個I/O口（P1.0）來完成對DS1820總線的上拉。當DS1820處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10μs。采用寄生電源供電方式時VDD必須接地。由于單線制只有一根線，因此發(fā)送接收口必須是三態(tài)的，為了操作方便我們用89C51的P1.1口作發(fā)送口Tx,P1.2口作接收口Rx。通過試驗我們發(fā)現(xiàn)此種方法可掛接DS1820數(shù)十片，距

39、離可達到50米，而用一個口時僅能掛接10片DS1820，距離僅為20米。同時由于讀寫在操作上是分開的故不存在信號競爭問題。</p><p>　　無論是單點還是多點溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，應(yīng)將主機逐個與DS1820掛接，讀出其序列號。其工作過程為：主機Tx發(fā)一個脈沖，待“0”電平大于480μs后，復位DS1820，待DS1820所發(fā)響應(yīng)脈沖由主機Rx接收后，主機Tx再發(fā)讀ROM命令代碼33H（低位在前），然

40、后發(fā)一個脈沖（15μs）并接著讀取DS1820序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的56位。對于圖3-8系統(tǒng)的DS1820操作的總體流程圖如圖3-9所示。它分三步完成：①系統(tǒng)通過反復操作，搜索DS1820序列號；②啟動所有在線DS1820做溫度A/D變換；③逐個讀出在線DS1820變換后的溫度數(shù)據(jù)[12]。</p><p>　　圖3-8　寄生電源供電的DS1820溫度檢測系統(tǒng)</p><p>

41、;　　4.　基于無線傳輸溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計</p><p>　　4.1　系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)初始化主要包括節(jié)點定義和各參數(shù)初始化。ZigBee包含全功能設(shè)備FFD和精簡功能設(shè)備RFD[13]。程序根據(jù)應(yīng)用要求定義節(jié)點是FFD還是RFD，從而確定節(jié)點性質(zhì)。參數(shù)初始化主要包括I/O接口和外設(shè)的初始化，自定義系統(tǒng)的時鐘信號、工作頻率、電源管理方式及ZigBee網(wǎng)絡(luò)層和

42、MAC層的參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)地址、節(jié)點所屬接口、集群等。主程序主要包括信號采集、計算處理、數(shù)據(jù)收發(fā)以及組網(wǎng)功能，可充分利用CC2430豐富的中斷資源對各種類型的事件進行排序和處理。</p><p>　　圖4-1　系統(tǒng)初始化</p><p>　　圖4-2　系統(tǒng)主程序</p><p><b>　　4.2　協(xié)議棧</b></p><p&

43、gt;　　協(xié)議棧[14]是使用C語言編寫的，協(xié)議棧使用閃存程序存儲器來存儲可配置的MAC地址、網(wǎng)絡(luò)表和綁定表。</p><p>　　圖4-3　協(xié)議棧構(gòu)架</p><p>　　4.3　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的軟件設(shè)計</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要負責采集傳感器數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器(控制器)，同時接收來自協(xié)調(diào)器(控制器)的數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行相關(guān)操作。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上電后掃描

44、所有信道來找到臨近協(xié)調(diào)器，申請加入此網(wǎng)絡(luò)。由于采用電池供電方式，必須要保證終端節(jié)點的低功耗，設(shè)計中采用定時喚醒的方式連接協(xié)調(diào)器，接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。其它時間則轉(zhuǎn)入休眠模式，功耗降到最低。</p><p>　　圖4-4　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件流程</p><p><b>　　4.4　串口通信</b></p><p>　　4.4.1　信道選擇</p>

45、<p>　　IEEE802.15.4為2.4GHz頻段分配了16個信道，從2405MHz到2480MHz，每5MHz有一個信道，提供250kb/s的傳輸速率[15]。信道頻率的計算公式為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　為減少成本,系統(tǒng)僅使用一個信道來創(chuàng)建多條虛擬鏈路。為避免k=18時(2440MHz)與藍牙的2437

46、MHz頻率在傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突,取k=20(2450MHz)。</p><p><b>　　4.4.2　幀格式</b></p><p>　　系統(tǒng)通信采用了IEEE802.15.4可變幀長的幀格式，如表1所示。同步頭(SHR)包含前導序列和SFD。幀控制字段(FCF)、數(shù)據(jù)序列號、地址信息、MAC有效載荷與幀檢測序列(FCS)一起構(gòu)成了MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)。&

47、lt;/p><p>　　前導序列被定義為4Byte的0X00，SFD為1Byte，設(shè)為0XA7。在接收模式時，同步頭用于同步和頻偏校正。長度字段定義了MPDU中的字節(jié)數(shù)，在發(fā)送模式中被用于下溢探測。0～20Byte的地址信息用以標志各個節(jié)點。幀有效載荷長度可變。FCS中第一個字節(jié)為8bit接收信號強度指標(RSSI)值，最后一個字節(jié)包含接收到的長度字段和MPDU最前面8個符號的平均相關(guān)值。這個相關(guān)值可被作為計算鏈路質(zhì)

48、量指示(LQI)的要素。</p><p><b>　　4.4.3　控制字</b></p><p>　　CC2430包括了較多的自定義SFR寄存器，如何使用好這些SFR寄存器較為關(guān)鍵。在對USART的控制操作中，CC2430內(nèi)部集成的USART的控制寄存器和狀態(tài)寄存器分別是UxUCR和UxCSR(其中x可取值為0和1,表示CC2430集成的兩USART中的一個)。UxC

49、SR狀態(tài)字格式和UxUCR控制字格式如表1所示。用這兩個寄存器可完成USART的基本設(shè)置，如:</p><p>　　SET U0CSR.MODE；選擇USART0為UART模式</p><p>　　SET U0CSR.RE；允許USART0接收數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV U0UCR，#1FH；設(shè)置UART的幀格式。此格式為奇偶校驗有效，一幀為9位，第9位為偶校

50、驗，停止位為高電平，且接收器校驗兩位停止位，開始位為高電平。</p><p>　　CC2430串口波特率的設(shè)置與一般8051不同，因為其內(nèi)部集成了一個波特率發(fā)生器，因此不需要使用定時器而只需設(shè)置相關(guān)的SFR寄存器UxBAUD.BAUD_M[7:0] 和UxGCR.BAUD[4:0], 便可得到系統(tǒng)要求的波特率，其關(guān)系式[16]如下:</p><p><b>　　（4-2）<

51、/b></p><p>　　其中，F(xiàn)為系統(tǒng)時鐘頻率。若F為32MHz，執(zhí)行下列語句，得到9600b/s的串口波特率:</p><p>　　MOV U0GCR，#08H</p><p>　　MOV U0BAUD，#3BH；設(shè)置波特率為9600b/s</p><p>　　實際上對USART的操作還包含對其所連接的I/O口的設(shè)置。設(shè)置I/O應(yīng)

52、與硬件密切結(jié)合，如:</p><p>　　MOV P1SEL，#30H；選擇P1.5，P1.4為外部功能口</p><p>　　MOV P1DIR，#20H；選擇P1.5為輸出口，P1.4為輸入口CLR P1FG</p><p>　　CLR P1FG；清空P1口的中斷標志</p><p>　　MOV P2SEL，#00H；設(shè)置USART0為優(yōu)

53、</p><p>　　4.5　各功能部件的程序流程及程序</p><p>　　4.5.1　液晶驅(qū)動C51程序</p><p>　　在進行主程序之前，要先了解系統(tǒng)中的液晶擴展的地板的液晶驅(qū)動程序。液晶只需要用SPI方式直接寫入就行了。</p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中首先初始化CC2430和液晶，然后程序開始初始化協(xié)議棧并打開中斷。之后程序開

54、始格式化一個網(wǎng)絡(luò)，若網(wǎng)絡(luò)格式化成功，可以在液晶上或是通過串口看到格式化網(wǎng)絡(luò)的信息。</p><p>　　圖4-5　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器流程圖</p><p><b>　　4.5.2　主程序</b></p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中首先初始化CC2430和液晶，然后程序開始初始化協(xié)議棧并打開中斷。之后程序開始格式化一個網(wǎng)絡(luò)，若網(wǎng)絡(luò)格式化成功，可以在液晶上

55、或是通過串口看到格式化了的網(wǎng)絡(luò)的信息。通過串口57600，8，N,1可以在串口調(diào)試助手中看到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的無力地址、現(xiàn)在簡歷網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號和頻道號等。之后程序進入應(yīng)用層，處理函數(shù)apsFSM( )檢測空中的ZigBee信號。如果現(xiàn)在有RFD或路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，則液晶和串口輸出都會顯示有新的RFD或路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，并且顯示加入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無力地址，此時網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器給節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址。同樣在函數(shù)apsFSM( )里接收RFD節(jié)點發(fā)送過來的溫度

56、值和按鍵值，并在液晶上顯示出來，也同時從串口發(fā)送出來。</p><p><b>　　5.　系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　5.1　系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及設(shè)備</p><p>　　IAR Embedded Workbench（簡稱EW）的C/C++交叉編譯器和調(diào)試器是當今最完整和最容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。本次設(shè)計中，所用的傳輸設(shè)備由cc2

57、430集成模塊。</p><p><b>　　5.2　調(diào)試步驟</b></p><p>　　5.2.1　進入調(diào)試 </p><p>　　選擇菜單Project\Debug或按快捷鍵CTRL+D進入調(diào)試狀態(tài)，也可按工具欄上的按鈕進入調(diào)試。</p><p><b>　　圖5-1　進入調(diào)試</b><

58、/p><p>　　5.2.2　窗口管理</p><p>　　在IAR Embedded Workbench中用戶可以在特定的位置?？看翱?，并利用標簽組來管理它們。用于也可以使某個窗口處于懸浮狀態(tài)，讓它始終?？吭诖翱诘纳蠈?。狀態(tài)欄位于主窗口底部，包含了如何管理窗口的幫助信息。</p><p>　　圖5-2　程序調(diào)試界面</p><p>　　5.2.

59、3　查看源文件語句</p><p>　　Step Into執(zhí)行內(nèi)部函數(shù)或子進程的調(diào)用；</p><p>　　Step Over每步執(zhí)行一個函數(shù)調(diào)用；</p><p>　　Next statement每次執(zhí)行一個語句；</p><p>　　這些命令在工具欄上都有對應(yīng)的快捷鍵。</p><p>　　5.2.4　查看變量 &

60、lt;/p><p>　　C-SPY允許用戶在源代碼中查看變量或表達式，可在程序運行時跟蹤其值的變化。</p><p><b>　　使用自動窗口：</b></p><p>　　選擇菜單View\Auto，開啟窗口。自動窗口會顯示當前被修改過的表達式。連續(xù)步進觀察j的值的變化情況。</p><p><b>　　圖5-3

61、　自動串口</b></p><p><b>　　設(shè)置監(jiān)控點：</b></p><p>　　使用Watch窗口來查看變量。</p><p>　　選擇菜單View\Watch，打開Watch窗口。</p><p>　　點擊Watch窗口中的虛線框，出現(xiàn)輸入?yún)^(qū)域時鍵入j并且回車。</p><p&

62、gt;　　5.2.5　設(shè)置并監(jiān)控斷點 </p><p>　　選擇Toggle Breakpoint命令，在i++ 語句出插入斷點：</p><p><b>　　圖5-4　設(shè)置斷點</b></p><p>　　5.2.6　在反匯編模式中調(diào)試 </p><p>　　選擇菜單View\Disassembly，打開反匯編調(diào)試窗口

63、，可看到當前C語言語句對應(yīng)的匯編語言指令。</p><p>　　圖5-5　匯編模式中調(diào)試程序</p><p>　　5.2.7　完整運行程序 </p><p>　　選擇菜單Debug\Go。如果沒有斷點，程序?qū)⒁恢边\行下去?？梢钥吹絃ED1間隙點亮。完成之后選擇菜單Debug\Stop Debugging退出調(diào)試模式。</p><p><

64、b>　　6.　總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計以CC2430集成芯片和微型數(shù)字溫度傳感器DS18B20相通信實現(xiàn)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組建。把低成本、低功耗的無線ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度的自動監(jiān)測控制，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性，同時也減少了溫度監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場布線帶來的各種問題。</p><p>　　ZigBee是一門新興的技術(shù)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?/p>

65、。通過做設(shè)計期間的學習，我了解到ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用市場潛力非常大，可以涉及到人們生活、工作、娛樂、研究等各個方面。以下就如何推廣該技術(shù)應(yīng)用提幾點看法：</p><p>　?。?）醫(yī)療領(lǐng)域：在醫(yī)院，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時準確地收集急診病人的信息和檢查結(jié)果。帶有ZigBee終端的患者可以得到24小時的體溫、脈搏監(jiān)控；配有ZigBee終端的擔架可以遙控電梯門的開關(guān)。在醫(yī)院，時間就是生命，ZigB

66、ee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生和患者爭取每一秒的時間。</p><p>　?。?）工業(yè)自動化領(lǐng)域：在工業(yè)自動化領(lǐng)域，人們可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)廠房內(nèi)不同區(qū)域溫濕度的監(jiān)控；及時得到機器運轉(zhuǎn)狀況的信息；結(jié)合RF標簽，可以方便的數(shù)據(jù)統(tǒng)計庫存量。</p><p>　?。?）智能建筑領(lǐng)域：通過建立完備的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，智能建筑可以感知隨處可能發(fā)生的火災(zāi)隱患，及早提供相關(guān)信息；根據(jù)人員分布情況自動控制中

67、央空調(diào)，實現(xiàn)能源的節(jié)約；及時掌握酒店客房內(nèi)客人的出入信息，以便在突發(fā)事件時及時準確的發(fā)出通知。</p><p>　　總之，通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我學會了很多新的概念，掌握了新的技術(shù)，也為以后的工作打下了基礎(chǔ)。本設(shè)計由于能力有限尚有一些錯誤及許多不足之處，懇請各位批評指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 凌

68、志浩．ZigBee無線通信協(xié)議的技術(shù)支持及其應(yīng)用前景[J]．世界儀表與自動化，2006(1)．</p><p>　　[2] 盛超華，陳章龍．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用[J]．微型電腦應(yīng)用，2005．</p><p>　　[3] 李文仲，段朝玉．短距離無線數(shù)據(jù)通信入門與實戰(zhàn)[J]．北京北京航空航天大學出版社,2006．</p><p>　　[4] 鄭霖，曾志民，萬濟萍等．基

69、于 IEEE802.15.4 標準的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]．傳感器技術(shù)，2005，24(7) ，86-88．</p><p>　　[5] 錢春麗，張興敢．用于礦井環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2006(9)．</p><p>　　[6] 金純，齊巖松，羅祖秋，陳前斌．ZigBee 在礦井安全領(lǐng)域的應(yīng)用[J]． 煤礦安全，2006(2)． </p><p&g

70、t;　　[7] 馬永強，李靜強，馮立營．基于ZigBee 技術(shù)的射頻芯片CC2430[J]．單片機與嵌入式系統(tǒng),2006(3) ，45-47．</p><p>　　[8] 王吉富，馬建倉，盧崇．基于單片機控制射頻芯片CC2420無線通信的實現(xiàn)[J]．電子測量技術(shù)，2007(5) ，88-91．</p><p>　　[9] 凌志浩，周怡頒，鄭麗國．ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]．

71、華東理工大學學報: 自然科學版，2006，32(7) ，801-805．</p><p>　　[10] 周祖德．基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智能控制[J]．北京:國防工業(yè)出版社,2004．</p><p>　　[11] 王權(quán)平，王莉．ZigBee技術(shù)與應(yīng)用[J]．現(xiàn)在電子信息科技，2004,(1) ，21-25．</p><p>　　[12] 姚引娣．基于ZigBee的無線管理系

72、統(tǒng)設(shè)計[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2007，33(1) ，27-29．</p><p>　　[13] 殷明，汪立偉．基ZigBee 技術(shù)的通用無線通信模塊設(shè)計[J]．交通與計算機, 2006，5(24) ，110-112．</p><p>　　[14] 肖昕宇，戴瑜興．基于ZigBee技術(shù)的消防報警定位系統(tǒng)設(shè)計[J]．消防與安防，2007(4) ，19-2

73、1．</p><p>　　[15] ZigBee Standards Organizaiton．ZigBee 2006 specification，2006.258</p><p>　　[16] J.Frank. Sencond international conference on shape memory and superelastic technologies [C]. CA, U

74、SA, 1997, 310-319.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　回顧在***學院電子信息工程學習的四年，感受頗多。在這四年的求學過程中，我要衷心感謝指導老師。感謝他對我在學習、生活等方方面面的悉心指導、熱情鼓勵和關(guān)心，讓我在求學的路少走了不少彎路。指導老師實事求是的態(tài)度、嚴謹?shù)闹螌W作風、誨人不倦的教育情懷和對事業(yè)的忠誠，必將使我終

75、身受益，并激勵我勇往直前，在此，特向我的指導老師表示由衷的感謝和崇高的敬意。同時感謝電子與信息工程的全體老師，他們的教誨讓我有了設(shè)計本文的潛力，讓我有了必要的理論基礎(chǔ)，并給我了許許多多的學習機會。感謝師兄師姐師弟師妹們。我們和睦相處，相互幫助，攻克難關(guān)，同他們的友誼是我一生的財富。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一

76、、原理圖</b></p><p><b>　　附錄二、PCB圖</b></p><p><b>　　附錄三、實物圖</b></p><p>　　附錄四、zigbee模塊圖</p><p><b>　　附錄五、程序</b></p><p>　　

77、#include <AT89X52.H></p><p>　　#include <INTRINS.h></p><p>　　unsigned char code displaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,</p><p>　　0xef,0xdf,0xbf,0x7f};</p><p>　　un

78、signed char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,</p><p>　　0x66,0x6d,0x7d,0x07,</p><p>　　0x7f,0x6f,0x77,0x7c,</p><p>　　0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00,0x40};</p><p>　　unsig

79、ned char code dotcode[32]={0,3,6,9,12,16,19,22,</p><p>　　25,28,31,34,38,41,44,48,</p><p>　　50,53,56,59,63,66,69,72,</p><p>　　75,78,81,84,88,91,94,97};</p><p>　　unsigned

80、 char displaycount;</p><p>　　unsigned char displaybuf[8]={16,16,16,16,16,16,16,16};</p><p>　　unsigned char timecount;</p><p>　　unsigned char readdata[8]; 　</p><p>　　sbi

81、t DQ=P3^7;</p><p>　　bit sflag;</p><p>　　bit resetpulse(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p><b>　　DQ=0;</b></

82、p><p>　　for(i=255;i>0;i--);</p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　for(i=60;i>0;i--);</p><p>　　return(DQ);</p><p>　　for(i=200;i>0;i--);</p>

83、<p><b>　　}</b></p><p>　　void writecommandtods18b20(unsigned char command)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　unsigned c

84、har j;</p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((command & 0x01)==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　DQ=0

85、;</b></p><p>　　for(j=35;j>0;j--);</p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>

86、;　　{</b></p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p>　　for(j=2;j>0;j--);</p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　for(j=33;j>0;j--);</p><p><

87、b>　　}</b></p><p>　　command=_cror_(command,1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　unsigned char readdatafromds18b20(void)</

88、p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　unsigned char j;</p><p>　　unsigned char temp;</p><p><b>　　temp=0;</b></p>&

89、lt;p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp=_cror_(temp,1);</p><p><b>　　DQ=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p&g

90、t;<p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　DQ=1;</b></p><p>　　for(j=10;j>0;j--);</p><p><b>　　if(DQ==1)</b></p><p><b>　　{<

91、;/b></p><p>　　temp=temp | 0x80;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　temp=temp | 0x00;&

92、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(j=200;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(temp);</p><p><b>　　}</b></p>

93、<p>　　void main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p>　　TH0=(65536-4000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-4000)%256;</p><p><b>

94、;　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　while(resetpulse());</p><p>　　writecommandtods18b20(0xcc);</p><p>　　writecommandtods18b20(0x44);</p>

95、;<p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　}</b>&l

96、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void t0(void) interrupt 1 using 0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char x;</p><p>　　unsigned int resul

97、t;</p><p>　　TH0=(65536-4000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-4000)%256;</p><p>　　if(displaycount==2)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=displaycode[display

98、buf[displaycount]] | 0x80;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=displaycode[displaybuf[displaycount]

99、];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　P2=displaybit[displaycount];</p><p>　　displaycount++;</p><p>　　if(displaycount==8)</p><p><b>　　{</b>&

100、lt;/p><p>　　displaycount=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　timecount++;</p><p>　　if(timecount==150)</p><p><b>　　{</b></p><p>

101、　　timecount=0;</p><p>　　while(resetpulse());</p><p>　　writecommandtods18b20(0xcc);</p><p>　　writecommandtods18b20(0xbe);</p><p>　　readdata[0]=readdatafromds18b20();<

102、/p><p>　　readdata[1]=readdatafromds18b20();</p><p>　　for(x=0;x<8;x++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　displaybuf[x]=16;</p><p><b>　　}</b>

103、;</p><p><b>　　sflag=0;</b></p><p>　　if((readdata[1] & 0xf8)!=0x00)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　sflag=1;</b></p><p&g

104、t;　　readdata[1]=~readdata[1];</p><p>　　readdata[0]=~readdata[0];</p><p>　　result=readdata[0]+1;</p><p>　　readdata[0]=result;</p><p>　　if(result>255)</p><p

105、><b>　　{</b></p><p>　　readdata[1]++;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　readdata[1]=readdata[1]<<4;</p><

106、;p>　　readdata[1]=readdata[1] & 0x70;</p><p>　　x=readdata[0];</p><p><b>　　x=x>>4;</b></p><p>　　x=x & 0x0f;</p><p>　　readdata[1]=readdata[1]

107、| x;</p><p><b>　　x=2;</b></p><p>　　result=readdata[1];</p><p>　　while(result/10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　displaybuf[x]=result%10

108、;</p><p>　　result=result/10;</p><p><b>　　x++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　displaybuf[x]=result;</p><p>　　if(sflag==1)</p>

109、<p><b>　　{</b></p><p>　　displaybuf[x+1]=17;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　x=readdata[0] & 0x0f;</p><p><b>　　x=x<<1;</b>

110、</p><p>　　displaybuf[0]=(dotcode[x])%10;</p><p>　　displaybuf[1]=(dotcode[x])/10;</p><p>　　while(resetpulse());</p><p>　　writecommandtods18b20(0xcc);</p><p>

111、;　　writecommandtods18b20(0x44);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　18B20通訊程序</b></p><p>　　# include <pic18f1220.h> </p><p>　　# d

112、efine uch unsigned char </p><p>　　# define unint unsigned int </p><p>　　# define DQ        RB3  

113、60;//定義18B20數(shù)據(jù)端口   </p><p>　　# define DQ_DIR       TRISB3 //定義18B20D口方向寄存器 </p><p>　　# define W1_INPUT   

114、; 1      </p><p>　　# define W1_OUTPUT    0      </p><p>　　# define FALSE   

115、;     0 </p><p>　　# define TRUE        !FALSE </p><p>　　# define DQ_HIGH()     DQ_DI

116、R = W1_INPUT       </p><p>　　# define DQ_LOW()      DQ = 0; DQ_DIR = W1_OUTPUT </p><p&

117、gt;　　void delay(unint x)   </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　unint d;</b></p><p><b>　　d=x; </b></p><p>　　whil

118、e(--d) </p><p><b>　　{ ;} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　bit reset(void)             

119、   //初始化18B20 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　static bit presence;      //定義一個應(yīng)答信號   </p><p>　　DQ_LOW()

120、; </p><p>　　delay(70);             //置總線為低電平并保持至少480us     </p><p>　　DQ_HIGH();   &#

121、160;            //等電阻拉高總線并保持15－60us </p><p>　　delay(5);    </p><p>　　presence=DQ;     

122、60;        //接受應(yīng)答信號</p><p>　　delay(20);                     &#

123、160; //延時60－240us</p><p>　　return(presence);         //返回應(yīng)答信號</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//***************  讀

124、一位函數(shù)******************// </p><p>　　bit read_bit(void)        </p><p><b>　　{</b></p><p>　　static bit i; </p>

125、<p><b>　　DQ_LOW();</b></p><p><b>　　DQ_LOW();</b></p><p>　　asm("nop");</p><p>　　asm("nop");</p><p>　　asm("nop"

126、;);</p><p><b>　　i=DQ; </b></p><p><b>　　delay(3);</b></p><p>　　return(i);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　//****************

127、*****寫一位函數(shù)****************// </p><p>　　void write_bit(uch bitval)   </p><p><b>　　{    </b></p><p><b>　　DQ_LOW();</b>&

128、lt;/p><p>　　if (bitval==1)  </p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ_HIGH();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(3);</b&

129、gt;</p><p>　　DQ_HIGH();</p><p><b>　　} </b></p><p>　　//**************  從18B20中讀一個字節(jié)**************// </p><p>　　uch read_byte(void)  &

130、#160;  </p><p>　　{  uch i;</p><p><b>　　uch j;</b></p><p>　　uch value=0;</p><p>　　for (i=0;i<8;i++)</p><p&g

131、t;<b>　　{</b></p><p>　　j=read_bit();     //調(diào)讀位函數(shù)</p><p>　　if (j)