基于zigbee的無線溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　存檔日期： 存檔編號： </p><p><b>　　xxx大學(xué)xx學(xué)院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　論 文 題 目：基于ZigBee的無線溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 </p><

2、;p>　　姓 名： xxx </p><p>　　系 別： xxx </p><p>　　專 業(yè)： xxx </p><p>　　班 級 、 學(xué) 號： xxx </p><

3、;p>　　指 導(dǎo) 教 師： xxx </p><p>　　xx大學(xué)xx學(xué)院教務(wù)部印制</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的多點分布式溫度檢測系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，然而隨著分布式節(jié)點的不斷增加，布線復(fù)雜程度和成本也急劇增加，給系統(tǒng)的設(shè)計，維護和升級帶來了諸多困

4、難。</p><p>　　ZigBee是一種嶄新的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是為了滿足小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的標準，主要適用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，。本設(shè)計基于ZigBee技術(shù)，采用CC2430作為溫度檢測系統(tǒng)芯片，應(yīng)用2.4GHz ISM波段,滿足低成本,低功耗的要求。</p><p>　　本設(shè)計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。

5、</p><p>　　其次，詳細介紹Zigbee技術(shù)低功耗、低成本以及網(wǎng)絡(luò)容量大等特點和符合Zigbee通信協(xié)議的硬件開發(fā)平臺CC2430。</p><p>　　最后，完成溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計以及軟件流程圖的設(shè)計。溫度檢測系統(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，實現(xiàn)對分散節(jié)點的溫度采集，采集后的溫度實時地

6、顯示。本設(shè)計可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測過程中對多測點、移動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，詳細描述整個系統(tǒng)的工作過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ZigBee；CC2430；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；溫度采集</p><p><b>　　Abstract</b></

7、p><p>　　Traditional multi-point distributed temperature detection system using wire transmission, with the distributed nodes increases ceaselessly, the wiring complexity and costs also increased dramatically, t

8、o system design, maintenance and upgrade brings a lot of difficulties.</p><p>　　ZigBee is a new short-range wireless communication technology, in order to meet the needs of small cheap equipment wireless net

9、working and control standards, mainly applicable to the field of automatic control and remote control,. The design is based on ZigBee technology, using CC2430 as the temperature detection system using 2.4GHz chip, ISM ba

10、nd, meet the low cost, low power requirements.</p><p>　　This paper first introduces the significance of the research, the application of ZigBee technology and ZigBee technology and development status.</p&

11、gt;<p>　　Secondly, introduces Zigbee technology of low power consumption, low cost and network capacity is big wait for a characteristic and the communication protocol with the Zigbee hardware development platform

12、 CC2430.</p><p>　　Finally, the completion of the temperature detection system hardware design and software flow diagram design. The temperature detection system hardware is part of the CC2430 as the control

13、core, plus some peripheral circuits to form control system, including the A/D conversion circuit, display circuit, USB interface conversion circuit, the temperature detection, so as to realize temperature of various stat

14、e monitoring and other functions. The software part is the main sensor, coordinator and the</p><p>　　Key words: ZigBee; CC2430; wireless sensor network; temperature acquisition</p><p><b>　

15、　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p><

16、;b>　　1.2課題背景1</b></p><p>　　1.3課題研究的目的和意義2</p><p>　　1.4 ZigBee的發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.5 本設(shè)計的主要工作4</p><p>　　2 ZigBee的介紹5</p><p>　　2.1 ZigBee的概述5<

17、/p><p>　　2.1.1物理層（PHY層）6</p><p>　　2.1.2 MAC層6</p><p>　　2.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK層）6</p><p>　　2.1.4應(yīng)用層（APL層）7</p><p>　　2.1.5安全服務(wù)提供層（SSP層）8</p><p>　　2.2 Zi

18、gBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)8</p><p>　　2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型8</p><p>　　2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲形式8</p><p>　　2.3工作模式11</p><p>　　3 溫度檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計12</p><p>　　3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)12</p><p>　　3.2 溫

19、度采集系統(tǒng)原理13</p><p>　　4 溫度檢測系統(tǒng)硬件電路設(shè)計15</p><p>　　4.1 zigbee芯片選擇和簡介15</p><p>　　4.1.1 zigbee芯片的選擇15</p><p>　　4.1.2 cc2430簡介15</p><p>　　4.1.3 CC2430 芯片的主要特點

20、16</p><p>　　4.1.4 I/O 端口線引腳功能17</p><p>　　4.1.5 CC2430 外圍電路19</p><p>　　4.1.6 CC2430應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計21</p><p>　　4.2節(jié)點的硬件設(shè)計22</p><p>　　4.2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點的硬件設(shè)計22&

21、lt;/p><p>　　4.2.2 路由器節(jié)點的硬件設(shè)計22</p><p>　　4.2.3 傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計23</p><p>　　4.3電源供電電路24</p><p>　　4.4 傳感器電路24</p><p>　　4.5 A/D轉(zhuǎn)換電路圖26</p><p>　　4.6

22、 USB轉(zhuǎn)串口電路圖28</p><p>　　4.7顯示電路29</p><p>　　5 溫度檢測系統(tǒng)軟件流程圖設(shè)計31</p><p>　　5.1傳感器節(jié)點的程序流程圖31</p><p>　　5.2 協(xié)調(diào)器的程序流程圖31</p><p>　　5.3上位機軟件的程序的流程圖32</p>

23、<p>　　6 開發(fā)環(huán)境簡介34</p><p>　　6.1 C51RF-3-PK開發(fā)平臺34</p><p>　　6.2 IAR Embedded Workbench簡介34</p><p>　　6.3 上位機的功能簡介35</p><p>　　7.總結(jié)與展望36</p><p><b>

24、;　　致 謝37</b></p><p><b>　　參考文獻38</b></p><p><b>　　附 錄40</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p>&

25、lt;p>　　溫控系統(tǒng)、冷庫溫控系統(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，為了實時地監(jiān)測不同點的溫度，需要多點分布式溫度測量系統(tǒng)。傳統(tǒng)的多點分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，然而隨著分布式節(jié)點的不斷增加，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、維護和升級帶了許多不便。如何解決有線網(wǎng)絡(luò)帶來的諸多不便已成為當下研究的熱點。</p><p>　　ZigBee技術(shù)就是一種基于IEEE

26、802.15.4協(xié)議標準的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(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)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，已成為當下較為流行的無線通信技術(shù)。</p><p>　　本設(shè)計意在設(shè)計一種基于ZigBee的溫度檢測系統(tǒng)，用以實現(xiàn)對分散節(jié)點的溫度采集，采集后的溫度實時地顯示。本設(shè)計可以有效滿足工農(nóng)業(yè)檢測過程中對多測點

27、、移動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題，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　1.2課題背景</b></p><p>　　信息技術(shù)發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)的有線通信方式因為其成本高、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，無線通信技術(shù)應(yīng)運而生。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)按照傳輸范圍來劃分，可分為無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域

28、網(wǎng)和無線個人域網(wǎng)。無線個人域網(wǎng)即短距離無線網(wǎng)絡(luò)，典型的短距離無線傳輸技術(shù)有：藍牙（Bluetooth）、ZigBee、WiFi等[1]。</p><p>　　在工業(yè)控制、家庭自動化和遙測遙感領(lǐng)域，藍牙（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)點少。WiFi雖然傳輸速度較快，傳輸距離達到100米，但是其價格偏高，功耗較大，組網(wǎng)能力較差。</p><

29、;p>　　相比之下ZigBee技術(shù)則主要針對低成本、低功耗和低速率的無線通信市場，具有如下特點[2]：</p><p>　　(1)成立本低：ZigBee模塊的初始成本低，并且ZigBee協(xié)議是免專利費采</p><p>　　用直接序列擴頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，2．4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)，免執(zhí)照頻段。</p><p>

30、;　　(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，僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長時間使用。</p><p>　　(3) 低速率。Zigbee工作在20～250 kbps的較低速率，分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 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。</p&

31、gt;<p>　　(4)時延短：ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，一般從休眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需要15ms，節(jié)點進入網(wǎng)絡(luò)只需要30ms，進一步節(jié)約了能源。</p><p>　　(5)網(wǎng)絡(luò)容量大：Zigbee 可采用星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65000 個節(jié)點的

32、大網(wǎng)。</p><p>　　(6)可靠度高：為了避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突，采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙。MAC層采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。</p><p>　　(7)安全：Zigbee 提供了三級安全模式,包括無安全設(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

33、級加密標準(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。</p><p>　　(8)傳輸距離遠：傳輸范圍一般介于10～100 m 之間，在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。</p><p>　　由于ZigBee技術(shù)具有上述特點，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

34、預(yù)測的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制、消費性電子設(shè)備、汽車自動化、農(nóng)業(yè)自動化和醫(yī)用設(shè)備控制等。</p><p>　　1.3課題研究的目的和意義</p><p>　　ZigBee技術(shù)具有低成本、低功耗、近距離、短時延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于智能家庭、工業(yè)控制、自動抄表、醫(yī)療監(jiān)護、傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和電信應(yīng)用等領(lǐng)域。</p><p>　　智能家庭：現(xiàn)今家用電

35、器已經(jīng)隨處可見了，如何將這些電器和電子設(shè)備聯(lián)系起來，組成一個網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過網(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無線局域網(wǎng)，省卻了在家里布線的煩惱。</p><p>　　工業(yè)控制：工廠環(huán)境當中有大量的傳感器和控制器，可以利用ZigBee技術(shù)把它們連接成一個網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，加強作業(yè)管理

36、，降低成本。</p><p>　　自動抄表：現(xiàn)在在大多數(shù)地方還是使用人工的方式來逐家逐戶進行抄表，十分不方便。而ZigBee可以用于這個領(lǐng)域，利用傳感器把表的讀數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過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進行抄表還可以帶來其它好處，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，當發(fā)現(xiàn)能源使用過快的時候可以自動降低使用速度。</p>

37、<p>　　醫(yī)療監(jiān)護：醫(yī)療工作中，時常要獲得病人的生理指標、環(huán)境指標，可以通過放置傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)測這些數(shù)據(jù)。由于是無線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護的人也可以比較自由的行動，非常方便。</p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個研究熱點，像貨物跟蹤、建筑物監(jiān)測、環(huán)境保護等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點低成本、低功耗，并且能夠自動組網(wǎng)、易于維護、可靠性高

38、。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個很好的技術(shù)選擇。</p><p>　　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十分漫長的過程，至少目前還在探索和實驗階段，距離實用還有很長的路要走。</p><p>　　雖然前景一片大好，但是我們應(yīng)該清

39、楚認識到由于各方面的制約，ZigBee技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時日，基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還遠遠說不上成熟，主要表現(xiàn)在：ZigBee市場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，市場缺乏明確方向；使用點對多點星狀拓撲的應(yīng)用較多，體現(xiàn)ZigBee優(yōu)勢的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用少；基于IEEE 802.15.4底層協(xié)議的應(yīng)用多，而基于ZigBee標準協(xié)議

40、的應(yīng)用少。</p><p>　　1.4 ZigBee的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　ZigBee作為一種新興的國際標準短距離無線通信協(xié)議，其協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)是基于標準七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI)， IEEE 802.15.4-2003標準定義了下面的兩層：物理層和媒體接入控制子層；網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會聚層、應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟制訂。</p><p>　　2002

41、年 ，ZigBee聯(lián)盟創(chuàng)立，創(chuàng)始者包括IC供應(yīng)商、無線IP提供商、設(shè)備制造商、測試設(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。</p><p>　　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ZigBee Pro版本規(guī)范。</p><p>　　ZigBee聯(lián)

42、盟的主要目標是以通過加入無線網(wǎng)絡(luò)功能，為消費者提供更富有彈性、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。使得聯(lián)盟會員可以利用ZigBee這個標準化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計出簡單、可靠、便宜又節(jié)省電力的各種產(chǎn)品來。 </p><p>　　1.5 本設(shè)計的主要工作</p><p>　　本文主要研究了基于ZigBee的溫度檢測系統(tǒng)的

43、設(shè)計，包括節(jié)點的硬件設(shè)計、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建，以及軟件流程圖設(shè)計。主要工作包括以下幾個方面：</p><p>　?。?）闡述了設(shè)計的背景、目的和意義以及目前ZigBee研究發(fā)展情況。</p><p>　?。?）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。</p><p>

44、　　（3）介紹了本設(shè)計的開發(fā)環(huán)境以及相關(guān)的硬件設(shè)計。如協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計、路由器節(jié)點設(shè)計、轉(zhuǎn)感器節(jié)點設(shè)計等。</p><p>　?。?）軟件流程圖設(shè)計。傳感器，協(xié)調(diào)器等流程圖的設(shè)計。</p><p>　?。?）對全文進行了總結(jié)。</p><p>　　2 ZigBee的介紹</p><p>　　2.1 ZigBee的概述</p>&l

45、t;p>　　ZigBee是一種新興的短距離，低速率，低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有主見的無線電標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很低的功耗，以接力的方式通過無線電微波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通行效率非常高。</p><p>　　ZigBee協(xié)議是基于IEEE 802.15.4標準的[3]，由IEEE 802.15.4和ZigBee聯(lián)盟共同

46、制定。IEEE 802.15.4工作組制定ZigBee協(xié)議的物理層（PHY）和媒體訪問控制層（ 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。</p><p>　　圖2-1 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)</p><p>　　ZigBee協(xié)議由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制子層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(

47、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層標準由IEEE 802.15.4標準定義，MAC層之上的NWK層，APL層及SSP層，由ZigBee聯(lián)盟的ZigBee標準定義。APL層由應(yīng)用支持層(APS)，應(yīng)用框架(AF)以及ZigBee設(shè)備對象(ZDO)及ZDO管理平臺組成。</p><p>　　2.1.1物理層（PHY層）</p><p>&l

48、t;b>　　主要功能：</b></p><p>　　物理層定義了物理無線信道和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)。</p><p>　　物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下四個方面的功能：</p><p>　　1.激活和休眠射頻收發(fā)器。 </p>

49、<p><b>　　2.信道能量檢測。</b></p><p><b>　　3.收發(fā)數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　4.檢測接受數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示。</p><p>　　工作頻段和信道分配：</p><p>　　物理層定義了三個載波頻段用于收發(fā)數(shù)據(jù)。三個頻段總共提供27個信道，信道

50、的編號從0到26。868MHZ頻段一個信道。915MHZ頻段10個信道，2450MHZ頻段16個信道。</p><p>　　2.1.2 MAC層</p><p><b>　　主要功能：</b></p><p>　　MAC層使用CSMA-CA沖突避免機制對無線信道訪問進行控制[4]，負責物理相鄰設(shè)備問的可靠鏈接，支持關(guān)聯(lián)(Association)

51、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)。</p><p>　　MAC層的主要功能包括以下幾個方面：</p><p><b>　　進行信標管理。</b></p><p><b>　　

52、信道接入。</b></p><p>　　保證時隙(GTS)管理。</p><p>　　幀確認應(yīng)答幀傳送、連接和斷開連接。</p><p>　　2.1.3網(wǎng)絡(luò)層（NWK層）</p><p><b>　　主要功能：</b></p><p>　　NWK層提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址分配，組網(wǎng)管理，消息路

53、由，路徑發(fā)現(xiàn)及維護等功能。NWK層主要是為了確保正確地操作IEEE 802.15.4．2003MAC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服務(wù)實體：數(shù)據(jù)服務(wù)實體和管理服務(wù)實體。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層的功能有以下幾個方面[5]：</p><p>　　1.NWK層的責任主要包括加入和離開一個網(wǎng)絡(luò)用到的機制、應(yīng)用幀安全機制和他們的目的地路由幀機制。

54、 </p><p>　　2.ZigBee協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)層還負責建立一個新的網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　3.網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)。</b></p><p><b>　　4.網(wǎng)絡(luò)形成。</b></p><p><b>　　5.允許設(shè)備連接。</b></p>

55、;<p><b>　　6.斷開網(wǎng)絡(luò)連接。</b></p><p><b>　　7.接收機同步。</b></p><p><b>　　8.信息庫維護。</b></p><p>　　2.1.4應(yīng)用層（APL層）</p><p>　　ZigBee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層(

56、APS子層)、應(yīng)用框架(AF)和ZigBee設(shè)備對象(ZDO)。APS子層負責建立和維護綁定表，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。ZigBee的應(yīng)用框架(AF)為各個用戶自定義的應(yīng)用對象提供了模板式的活動空間，并提供了鍵值對(KVP)服務(wù)和報文(MSG)服務(wù)供應(yīng)用對象的數(shù)據(jù)傳輸使用。一個設(shè)備允許最多240個用戶自定義應(yīng)用對象，分別指定在端點l至端點240上。ZDO[6]可以看成是指配到端點O上的一個特殊的應(yīng)用對象，

57、被所有ZigBee設(shè)備包含，是所有用戶自定義的應(yīng)用對象調(diào)用的一個功能集，包括網(wǎng)絡(luò)角色管理，綁定管理，安全管理等。</p><p>　　ZDO負責定義設(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)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立可靠的關(guān)聯(lián)</p><p>　　2.1.5安全服務(wù)提供層（SSP層）</p><

58、;p>　　安全服務(wù)提供者SSP(Security Service Provider)向NWK層和APS層提供安全服務(wù)。</p><p>　　ZigBee協(xié)議層與層之間是通過原語進行信息的交換和應(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(Service Access Point)和管理SAP(Service Access Point)。數(shù)據(jù)服務(wù)接口的目標是向上層提供所需的常規(guī)數(shù)據(jù)服務(wù)，管理

59、服務(wù)接口的目標是向上層提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機制。</p><p>　　2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)</p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)主要包括設(shè)備類型，拓撲結(jié)構(gòu)和路由方式三方面的內(nèi)容，ZigBee標準規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點[7]分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器(Router)和終端節(jié)點（End Device）。節(jié)點類型是網(wǎng)絡(luò)層的概念，反映了網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式。ZigB

60、ee網(wǎng)絡(luò)具有三種拓撲形式：星型拓撲、樹型拓撲、網(wǎng)狀拓撲。</p><p>　　2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型</p><p>　　(1) 協(xié)調(diào)器（Coordinator）</p><p>　　在各種拓撲形式的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，有且只有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點，它負責選擇網(wǎng)絡(luò)所使用的頻率通道、建立網(wǎng)絡(luò)并將其他節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)、提供信息路由、安全管理和其他服務(wù)。</p>&

61、lt;p>　　(2) 路由器（Router）</p><p>　　當采用樹型和網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)時，需要用到路由器節(jié)點，它也可以加入?yún)f(xié)調(diào)器，是網(wǎng)絡(luò)遠距離延伸的必要部件。它負責發(fā)送和接受節(jié)點自身信息；節(jié)點之間轉(zhuǎn)發(fā)信息；允許子節(jié)點通過它加入網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　(3) 終端節(jié)點</b></p><p>　　終端節(jié)點的主要任務(wù)就是發(fā)送和

62、接收信息，通常一個終端節(jié)點不處在數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時可進入休眠狀態(tài)以降低能耗。</p><p>　　2.2.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲形式</p><p><b>　　(1) 星型拓撲</b></p><p>　　星型拓撲是最簡單的拓撲形式[8]，如圖2-2。圖中包含一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和一些終端節(jié)點。每一個終端節(jié)點只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點進行通訊，在兩個終端節(jié)點之間進行通訊必

63、須通過協(xié)調(diào)器節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)，其缺點是節(jié)點之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一路徑。</p><p>　　星狀拓撲結(jié)構(gòu)有兩類：一類是中心節(jié)點僅完成從節(jié)點連通的作用；另一類是，中心節(jié)點是有很強處理能力的計算機，從節(jié)點是一般的計算機或終端，這時中心節(jié)點有轉(zhuǎn)接和數(shù)據(jù)處理的雙重功能。強的中心節(jié)點成為各從節(jié)點共享的資源，中心節(jié)點也可以按儲存轉(zhuǎn)發(fā)方式工作。</p><p>　　圖2-2 星形拓撲結(jié)構(gòu)</p>

64、<p><b>　　(2)樹型拓撲</b></p><p>　　樹型拓撲結(jié)構(gòu)如圖2-3。協(xié)調(diào)器可以連接路由器節(jié)點和終端節(jié)點，子節(jié)點的路由器節(jié)點也可以連接路由器節(jié)點和終端節(jié)點。直接通信只可以在父節(jié)點和子節(jié)點之間進行，非父子關(guān)系的節(jié)點只能間接通信。</p><p>　　樹形拓撲適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)點解決不了的問題，請求中層計算

65、機解決，中層計算機解決不了的問題，請求頂部計算機解決。</p><p><b>　　(3)網(wǎng)狀拓撲</b></p><p>　　網(wǎng)狀拓撲如圖2-4。網(wǎng)狀拓撲具有靈活路由選擇方式，如果某個路由路徑出現(xiàn)問題，信息可自動沿其他路徑進行傳輸。任意兩個節(jié)點可相互傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)會自動按照ZigBee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。</p>&l

66、t;p>　　網(wǎng)狀拓撲各節(jié)點的距離很長，某些節(jié)點間是否用點—點線路專線連接，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)點間的通信可由其他中繼節(jié)點轉(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)點數(shù)目較多時，都是部分節(jié)點連接的任意拓撲結(jié)構(gòu)。部分節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)必然帶來由中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)而相互通信的現(xiàn)象，稱此為交換。</p><p><b>　　2.3工作模式</b>&

67、lt;/p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作模式可以分為信標(Beacon)模式和非信標(Non-beacon)模式兩種[9]。信標模式可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標模式只允許ZE進行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長期處于工作狀態(tài)。</p><p>　　在信標模式下，協(xié)調(diào)器負責以一定的間隔時間(一般在15ms--4mins之間)向網(wǎng)絡(luò)廣播信

68、標幀，兩個信標幀發(fā)送間隔之間有16個相同的時槽，這些時槽分為網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)和網(wǎng)絡(luò)活動區(qū)兩個部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動區(qū)的各個時槽內(nèi)發(fā)送。</p><p>　　非信標模式下，ZigBee標準采用父節(jié)點為子節(jié)點緩存數(shù)據(jù)，終端節(jié)點主動向其父節(jié)點提取數(shù)據(jù)的機制，實現(xiàn)終端節(jié)點的周期性(周期可設(shè)置)休眠。網(wǎng)絡(luò)中所有的父節(jié)點需要為自己的子節(jié)點緩存數(shù)據(jù)幀，所有子節(jié)點的大多數(shù)時間都處于休眠狀態(tài)，周期性的醒來與父節(jié)點握手以確認自己仍處于網(wǎng)

69、絡(luò)中，并向</p><p>　　父節(jié)點提取數(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。</p><p>　　3 溫度檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本設(shè)計所實現(xiàn)的無線溫度采集系統(tǒng)以C51RF-3-PK開發(fā)平臺為核心，使用了兩塊表演板，利用芯片自帶

70、的溫度傳感器采集溫度值，充分發(fā)揮了C51RF-3-PK開發(fā)平臺的豐富資源[22]。在上位機上，采集的溫度實時地顯示出來，并且通過折線圖動態(tài)描繪出溫度的變化趨勢。考慮到可能采集多個節(jié)點的溫度，上位機可以根據(jù)客戶要求切換不同節(jié)點的溫度折線圖。為了方便對以往數(shù)據(jù)的查看，采集到的數(shù)據(jù)被實時保存到了文檔之中。</p><p>　　本文總體設(shè)計是實現(xiàn)針對主協(xié)調(diào)器節(jié)點的設(shè)計與開發(fā)。主協(xié)調(diào)器的硬件系統(tǒng)中包括CC2430通信模塊、

71、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)點的主要功能是負責接收和存儲傳感器節(jié)點發(fā)送來的消息，并向傳感器節(jié)點發(fā)布網(wǎng)絡(luò)控制信息，同時與Pc機進行數(shù)據(jù)交換。其中串口轉(zhuǎn)USB模塊負責轉(zhuǎn)換CC2430模塊與PC機的通信信號；液晶顯示模塊負責節(jié)點工作狀態(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)點提供運行所需的能量。</p><p>　　溫度傳感模塊的核心元件為Pt100鉑電阻

72、，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，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、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點[11]。模塊框圖如圖3-2所示。</p><p>　　3.2 溫度采集系統(tǒng)原理</p><p>　　本系統(tǒng)由三類節(jié)點組成：ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、傳感器節(jié)點。圖3-3所示是其組成示意圖，其中ZigBee協(xié)調(diào)器是

73、分布式處理中心，即匯聚節(jié)點。多個傳感器節(jié)點置于不同的監(jiān)測區(qū)域，每個傳感器節(jié)點會先把數(shù)據(jù)傳給匯聚節(jié)點，然后匯聚節(jié)點把數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機做進一步處理并顯示給用戶。協(xié)調(diào)器節(jié)點可以與多個傳感器節(jié)點通信，這樣可以使本系統(tǒng)同時監(jiān)測多個區(qū)域，何時檢測哪個區(qū)域通常由用戶通過協(xié)調(diào)器節(jié)點來控制。當被檢測區(qū)域的障礙物較多或者協(xié)調(diào)器節(jié)點距離傳感器節(jié)點較遠時，可以通過增加路由器節(jié)點來增強網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當用戶沒有數(shù)據(jù)請求時，傳感器節(jié)點只進行低功耗的信道掃描。&

74、lt;/p><p>　　4 溫度檢測系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　4.1 zigbee芯片選擇和簡介</p><p>　　4.1.1 zigbee芯片的選擇</p><p>　　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c

75、hipcon的cc2420以及Ember公司的芯片，它們在性能上基本相同，都支持IEEE802.15.4協(xié)議。射頻芯片通過SPI接口與MCU相連，由MCU進行控制。所謂單芯片，就是一個芯片上集成了ZigBee射頻部分和MCU[18]。以chipcon公司的cc2430為例，他將cc2420芯片與一個51單片機集成在同一篇芯片上，其體積與一個cc2420芯片差不多。從應(yīng)軟件開發(fā)的角度來看，選擇cc2430或者選擇cc2420外加一個帶有S

76、PI接口的單片機，軟件設(shè)計是沒有太大區(qū)別的，尤其是MAC層以上是完全相同的。但從硬件開發(fā)的角度來看，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)計上，任何額外的布線和芯片數(shù)目的增加，都會對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生影響，必須謹慎地選擇芯片布置的位置和走線。因此增加了PCB設(shè)計和調(diào)試的復(fù)雜性。從成本上看cc2430和cc2420價</p><p>

77、　　4.1.2 CC2430簡介</p><p>　　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2.4GHz ISM波段應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。它結(jié)合一個高性能2.4GHz DSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。 </p><p>　　CC2430的尺寸只有7

78、15;7mm 48-pin的封裝，采用具有內(nèi)嵌閃存的0.18微米 CMOS標準技術(shù)。這可實現(xiàn)數(shù)字基帶處理器，RF、模擬電路及系統(tǒng)存儲器 整合在同一個硅晶片上。 </p><p>　　CC2430包含一個增強型工業(yè)標準的8位8051微控制器內(nèi)核，運行時鐘32MHz。 </p><p>　　CC2430包含一個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

79、128K字節(jié)的片內(nèi)Flash塊提供在電路可編程非易失性存儲器。 </p><p>　　CC2430集成了4個振蕩器用于系統(tǒng)時鐘和定時操作：一個32MHz晶體振蕩器，一個16MHz RC-振蕩器，一個可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個可選的32.768kHz RC 振蕩器。 </p><p>　　CC2430也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個AES協(xié)處理器被集成在CC2430之中，

80、用來支持IEEE 802.15.4 MAC 安全所需的（128位關(guān)鍵字）AES的運行，以盡可能少的占用微控制器。 </p><p>　　中斷控制器為總共18個中斷源提供服務(wù)，他們中的每個中斷都被賦予4個中斷優(yōu)先級中的某一個。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控制器的職責是21個一般I/O口的靈活分配和可靠控制。 </p><p>　　CC2430包

81、括四個定時器：一個16位MAC定時器，用以為IEEE 802.15.4的CSMA-CA算法提供定時以及為IEEE 802.15.4的MAC層提供定時。一個一般的16位和兩個8位定時器，支持典型的定時/計數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和PWM功能。 </p><p>　　CC2430內(nèi)集成的其他外設(shè)有: 實時時鐘；上電復(fù)位；8通道，8－14位ADC；可編程看門狗；兩個可編程USART，用于主/從SPI或UART操

82、作。 </p><p>　　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)對定時要求嚴格的一系列IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議，以減輕微控制器的負擔。這包括：自動前導(dǎo)幀發(fā)生器、同步字插入/檢測、CRC-16校驗、CCA、信號強度檢測/數(shù)字RSSI、連接品質(zhì)指示(LQI) 和CSMA/CA協(xié)處理器。</p><p>　　4.1.3 CC2430 芯片的主要特點</

83、p><p>　　CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個芯片上整合了ZigBee 射頻(RF) 前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1 個8 位MCU（8051），具有128 KB 可編程閃存和8 KB 的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個定時器（Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時器（Watchdog timer）、32 kHz 晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路(Power O

84、n Reset)、掉電檢測電路(Brown out detection)，以及21 個可編程I/O 引腳。</p><p>　　CC2430 芯片采用0.18 μm CMOS 工藝生產(chǎn)；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低 于27 mA 或25 mA。CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。</p><p>　　CC2430芯片的主要特

85、點如下[13]： </p><p>　　1. 高性能和低功耗的8051 微控制器核。 </p><p>　　2. 集成符合IEEE802.15.4 標準的2.4 GHz 的 RF 無線電收發(fā)機。 　　 </p><p>　　3. 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。 　　

86、 </p><p>　　4. 在休眠模式時僅0.9 μA 的流耗，外部的中斷或RTC 能喚醒系統(tǒng);在待機模式時少于0.6 μA 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。 　　 </p><p>　　5. 硬件支持CSMA/CA 功能。 </p><p>　　6. 較寬的電壓范圍

87、（2.0～3.6 V）。 　　</p><p>　　7. 數(shù)字化的RSSI/LQI 支持和強大的DMA 功能。 　 </p><p>　　8.具有電池監(jiān)測和溫度感測功能。 　 </p><p>　　9. 集成了14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。 　　

88、 </p><p>　　10. 帶有 2 個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802.15.4 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>　　11. 強大和靈活的開發(fā)工具。</p><p>　　4.1.4 I/O 端口線引腳功能</p><

89、;p>　　CC2430 有21個可編程的I/O 口引腳，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。通過軟件設(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、計時器或USART部件的外圍設(shè)備I/O口使用。 </p><p>　　I/O 口有下面的關(guān)鍵特性[14]：</p><p>　　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。

90、</p><p>　　2.在輸入時有上拉和下拉能力。</p><p>　　3.全部21個數(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I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時外部的中斷事件也能被用來喚醒休眠式。</p><p>　　1～6 腳（P1_2～P1_7）:具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力。</p><p>　　8～9 腳（P1_0～

91、P1_1）:具有 20 mA 的驅(qū)動能力。</p><p>　　11～18 腳（P0_0 ～P0_7）：具有 4 mA 輸出驅(qū)動能力。</p><p>　　43，44，45，46，48 腳（P2_4，P2_3，P2_2，P2_1，P2_0）：具有4</p><p>　　mA 輸出驅(qū)動能力。</p><p><b>　　電源線引腳功能

92、：</b></p><p>　　7腳（DVDD）：為 I/O 提供2.0～3.6 V 工作電壓。</p><p>　　20 腳（AVDD_SOC）：為模擬電路連接2.0～3.6 V 的電壓。</p><p>　　23 腳（AVDD_RREG）：為模擬電路連接2.0～3.6 V 的電壓。</p><p>　　24 腳（RREG_OU

93、T）：為 25，27～31，35～40引腳端口提供1.8 V的穩(wěn)定電壓</p><p>　　25 腳(AVDD_IF1 )：為接收器波段濾波模擬測試模塊和VGA的第一部電路提供1.8 V壓。</p><p>　　27 腳（AVDD_CHP）： 為環(huán)狀濾波器的第一部分電路和充電泵提供1.8 V 電壓。</p><p>　　28 腳（VCO_GUARD）：VCO 屏蔽電

94、路的報警連接端口。</p><p>　　29 腳（AVDD_VCO）：為VCO 和PLL 環(huán)濾波器最后部分電路提供1.8 V 電壓</p><p>　　30 腳（AVDD_PRE）: 為預(yù)定標器、Div 2 和LO 緩沖器提供1.8 V 的電壓。</p><p>　　31 腳（AVDD_RF1）: 為LNA、前置偏置電路和PA 提供1.8 V 的電壓。</p&

95、gt;<p>　　33 腳（TXRX_SWITCH）: 為PA 提供調(diào)整電壓。</p><p>　　35 腳（AVDD_SW）: 為LNA/PA 交換電路提供1.8 V 電壓。</p><p>　　36 腳（AVDD_RF2）: 為接收和發(fā)射混頻器提供1.8 V 電壓。</p><p>　　37 腳（AVDD_IF2）: 為低通濾波器和VGA 的最后部

96、分電路提供1.8 V 電壓。</p><p>　　38 腳（AVDD_ADC）: 為ADC 和DAC 的模擬電路部分提供1.8 V 電壓。</p><p>　　39 腳（DVDD_ADC）: 為ADC 的數(shù)字電路部分提供1.8 V 電壓。 </p><p>　　40 腳（AVDD_DGUARD）: 為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓。 　　

97、 </p><p>　　41 腳（AVDD_DREG）: 向電壓調(diào)節(jié)器核心提供2.0～3.6 V 電壓。 　　 </p><p>　　42 腳（DCOUPL）: 提供1.8 V 的去耦電壓，此電壓不為外電路所使用。 　　</p><p>　　47 腳（DVDD）: 為I/O 端口提供2.0～3.6 V 的電壓。 　　 </p><p

98、>　　控制線引腳功能： 　　 </p><p>　　10 腳（RESET_N）: 復(fù)位引腳低電平有效。 　　 </p><p>　　19 腳（XOSC_Q2）: 32 MHz 的晶振引腳2。 　　 </p><p>　　21 腳（XOSC_Q1）: 32 MHz

99、的晶振引腳1，或外部時鐘輸入引腳。 　　 </p><p>　　22 腳（RBIAS1）: 為參考電流提供精確的偏置電阻。 　　 </p><p>　　26 腳（RBIAS2）: 提供精確電阻，43 kΩ±1%。 　　 </p><p>　　32 腳（RF_P）:在RX期間向LN

100、A輸入正向射頻信號：TX期間接收來PA的</p><p>　　輸入正向射頻信號。 　　 </p><p>　　34 腳（RF_N）: 在RX期間向LNA輸入負向射頻信號：在TX期間接收來自</p><p>　　PA 的輸入負向射頻信號。 　　

101、 </p><p>　　43 腳(P2_4/XOSC_Q2):32.768 kHz XOSC 的2.3端口。</p><p>　　4.1.5 CC2430 外圍電路</p><p>　　CC2430芯片需要很少的外圍部件的配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能[15]。圖4—1為CC2430芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。</p><p>　　圖中C1

102、，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工作，這樣就能夠降低它的工作損耗。C5為0.1μf的電容，用來去除一些雜波的干擾，從而有效的防止的單片機的錯誤復(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

103、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PCB微波傳輸線路組成的。整個的結(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用來為32MHZ晶體振蕩器設(shè)置精密偏置電流。</p>

104、<p>　　4.1.6 CC2430應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)內(nèi)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由部署在監(jiān)測區(qū)域的大量的微型ZigBee傳感器節(jié)點(即ZigBee終端RFD節(jié)點)和ZigBee FFD網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個無線自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[17]。其應(yīng)用電路硬件框圖如圖所示</p><

105、;p>　　4.2節(jié)點的硬件設(shè)計</p><p>　　4.2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點的硬件設(shè)計</p><p>　　ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件設(shè)計如圖4-4所示，該節(jié)點由無線收發(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／輸出是高阻和差動的。當使用不平衡天線(例如單極天線)時，為了優(yōu)化性能，應(yīng)當使用不平衡變壓器。不平衡變壓器可以運行在使用低成本的單獨電感器和電容

106、器的場合。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2．0～3．6 V。CC2430可以同時接32 MHz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，由于上位機與CC2430的電平不一致，所以需要一個MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。</p><p>　　4.2.2 路由器節(jié)點的硬件設(shè)計</p><p&g

107、t;　　路由器節(jié)點的主要任務(wù)是將不同區(qū)域的數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點路由到協(xié)調(diào)器節(jié)點，因此，該電路比較簡單，該節(jié)點由無線收發(fā)器CC2430、射頻天線RF、電源模塊和晶振電路組成。</p><p>　　4.2.3 傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計</p><p>　　傳感器節(jié)點和硬件設(shè)計如圖3-3所示，該節(jié)點由無線收發(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

108、度傳感器，因而本實驗直接采用了CC2430的內(nèi)置溫度傳感器監(jiān)測溫度。但是該溫度傳感器的精度有限，如果要求更高的精度，可以擴展出一個溫度傳感器，如LM94002。</p><p>　　下面對每個部分的功能和指標進行詳細介紹：</p><p>　　(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，和節(jié)點之間綁定的建立，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機軟件，進行進一

109、步數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計采用RS-232串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。</p><p>　　(2)溫度采集終端：即節(jié)點，放置在需要采集溫度的地方。溫度采集終端可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入、與協(xié)調(diào)器綁定的建立、溫度的檢測。檢測到的溫度通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器。</p><p>　　(3)上位機：位于監(jiān)控室，完成對所采集溫度的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實時保存到文檔中，同時以折線圖的形式實時反映出

110、溫度的變化趨勢，使其更為直觀。顯示的折線圖可以在不同節(jié)點之間切換。</p><p><b>　　4.3電源供電電路</b></p><p>　　220V交流電經(jīng)過變壓器降壓后得到9V交流電，然后經(jīng)過整流橋全波整流，電容濾波穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的5V直流電源。本設(shè)計采用穩(wěn)壓芯片7805來獲得所需直流穩(wěn)壓電源。7805的電壓輸入范圍較寬，輸入電壓在7V-36V之間都可實現(xiàn)良好的