基于zigbee的無線測(cè)溫管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于ZigBee的無線測(cè)溫管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>&l

3、t;p>　　大型的電器設(shè)備一般都工作在高電壓大電流環(huán)境下，為了及時(shí)的測(cè)量出電器設(shè)備的連接點(diǎn)溫度，并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。設(shè)計(jì)制作出一種基于ZigBee技術(shù)的無線測(cè)溫管理系統(tǒng)。</p><p>　　ZigBee是一種新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是介于無線標(biāo)識(shí)技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)之間的技術(shù)提案。ZigBee將無線傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和處理。ZigBee具有距

4、離近、復(fù)雜度低、功耗低、數(shù)據(jù)傳輸速率低、成本低、網(wǎng)絡(luò)自組織、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。主要適合用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，并且可以嵌入到各種設(shè)備。本課題通過采用DS18B20溫度傳感器采集溫度信息、CC2430作為處理芯片通過USB接口與計(jì)算機(jī)通信。通過可視化程序設(shè)計(jì)語言Visual Basic 6.0設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，易于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度信息的實(shí)時(shí)采集、及時(shí)報(bào)警和有效管理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ZigBee

5、，無線測(cè)溫，DS18B20，CC2430</p><p>　　Application research on wireless temperature administration system based on ZigBee</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　A wireless temperature

6、 administration system based on ZigBee is designed for timely detecting the temperature of connection point in large electrical equipments.</p><p>　　As a new technique, ZigBee wireless sensor network holds w

7、ireless sensor technique, wireless communication technique and computer technique together, and it can be provided with information collection, transmission and processing. It is intervenient wireless markers technique a

8、nd Bluetooth technique. ZigBee has lots of advantages such as short range, low complexity, low power consumption, low data transfer rate, low cost, self-organizing, reliable work, etc, mainly be suitable for automatic co

9、nt</p><p>　　Keywords: ZigBee, Wireless temperature measurement, DS18B20, CC2430</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII&l

10、t;/p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的來源1</p><p>　　1.2 課題的意義1</p><p>　　1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀2</p>&l

11、t;p>　　1.3.2 國外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p>　　2.1 ZigBee協(xié)議概述4</p><p>　　2.2 IEEE802.15.45</p><p>　　2.3 Zi

12、gBee5</p><p>　　2.4 傳感器節(jié)點(diǎn)5</p><p>　　2.5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.5.1 星型網(wǎng)6</p><p>　　2.5.2 網(wǎng)狀網(wǎng)6</p><p>　　2.5.3 混合網(wǎng)6</p><p>　　2.6 端點(diǎn)綁定7<

13、/p><p>　　2.7 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制7</p><p>　　2.8 ZigBee優(yōu)點(diǎn)7</p><p>　　2.9 ZigBee與藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)比較8</p><p>　　2.10 ZigBee的應(yīng)用9</p><p>　　2.10.1 智能家庭9</p><p>　　2.10.2

14、 智能交通9</p><p>　　2.10.3 工業(yè)領(lǐng)域9</p><p><b>　　3硬件設(shè)計(jì)10</b></p><p>　　3.1 硬件總體設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　3.2 溫度傳感器終端設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1 溫度傳感器11</p>&

15、lt;p>　　3.2.2 微控制器12</p><p>　　3.3 溫度傳感器終端原理圖12</p><p>　　3.4 溫度傳感器基站設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.4.1 CC2430芯片概述12</p><p>　　3.4.2 CC2430無線收發(fā)模塊13</p><p>　　3.4.3 USB

16、接口14</p><p>　　4軟件程序開發(fā)設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)部分模塊初始化分析15</p><p>　　4.1.1 DS18B20的初始化15</p><p>　　4.1.2 USART的初始化16</p><p>　　4.2 軟件編程16</p><p>

17、　　4.2.1 DMA程序?qū)懭?6</p><p>　　4.2.2監(jiān)控界面設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.3 部分程序代碼18</p><p>　　5設(shè)計(jì)成品簡介21</p><p>　　5.1 硬件介紹21</p><p>　　5.2 監(jiān)控界面介紹21</p><p><

18、;b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄25</b></p><p>　　附錄圖1 DMA操作流程25</p><p>　　附錄圖2

19、溫度傳感器終端原理圖126</p><p>　　附錄圖3 溫度傳感器終端原理圖227</p><p>　　附錄圖4 CC2430片上系統(tǒng)功能模塊28</p><p>　　附錄圖5 CC2430無線收發(fā)模塊29</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>

20、　　1.1 課題的來源</b></p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新概念在幾年前才被提出。作為一門新興科技，指的是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用無線射頻技術(shù)、無線通信技術(shù)等，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上所有事物的“Internet of Things”。</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)全新的發(fā)展方向，同時(shí)也是新興學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科進(jìn)行領(lǐng)域間相互交叉的結(jié)果。［1］無線傳感

21、器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)最顯著特點(diǎn)是智能化的傳感器。智能傳感器不再是傳統(tǒng)意義上的傳感器，而是一種嵌入了計(jì)算能力的傳感器。正是由于嵌入了計(jì)算能力，使得傳感器節(jié)點(diǎn)在原有數(shù)據(jù)采集功能的基礎(chǔ)上，還擁有了濾波、信息處理等功能。在智能傳感器的基礎(chǔ)上增加無線通信功能的無線智能傳感器，不僅大大擴(kuò)展了傳感器的感知范圍，也使得傳感器的工程實(shí)施變得十分簡便。在無線智能傳感器的基礎(chǔ)上再加入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器就不僅是個(gè)簡單的感知體，而是能夠進(jìn)行信息交換、協(xié)調(diào)控制的微系統(tǒng)，從而

22、實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想——物與物的互聯(lián)。在無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，ZigBee技術(shù)由于其獨(dú)特的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)無疑將成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的前沿科技。</p><p>　　本課題是基于我國目前大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及國家在“十二五”期間對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的強(qiáng)烈要求的新形式以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿εc指導(dǎo)教師共同商議提出的。</p><p><b>　　1.2 課題的意義</b>&l

23、t;/p><p>　　運(yùn)行中的大型電氣設(shè)備通常工作在高電壓和大電流狀態(tài)下，設(shè)備中存在的某些微小缺陷或損耗會(huì)導(dǎo)致設(shè)備部件的異常并使局部溫度驟升。從而造成局部溫度與接觸電阻值的惡性循環(huán)，導(dǎo)致電氣設(shè)備不僅不能正常工作，甚至引起設(shè)備的燒毀、爆炸并帶來人員傷亡事故。</p><p>　　無線測(cè)溫管理系統(tǒng)正是因?yàn)樯鲜鲈蚨鴤涫荜P(guān)注的。其主要的功能是對(duì)環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，該技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于

24、水溫的測(cè)量、氣溫的測(cè)量等領(lǐng)域。無線測(cè)溫技術(shù)運(yùn)用最新的無線通信技術(shù)、數(shù)字化溫度傳感技術(shù)，可實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)發(fā)電站和工程現(xiàn)場(chǎng)各高低壓關(guān)鍵點(diǎn)溫度，大幅度降低現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備人工巡查的工作量。并且可以對(duì)危險(xiǎn)狀況進(jìn)行提前預(yù)警，通過后臺(tái)計(jì)算機(jī)輕松的實(shí)現(xiàn)無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。</p><p>　　在環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，必須考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)采集量和傳輸量巨大，實(shí)時(shí)性要求高，監(jiān)測(cè)周期長，因此選用一種在低能耗情況下，也具有較高傳輸效

25、率、理想傳輸數(shù)率的設(shè)備與技術(shù)是十分必要的。［2］鑒于上述要求與ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇ZigBee技術(shù)作為本課題的技術(shù)基礎(chǔ)。</p><p>　　1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　作為新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)具有非常廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值?，F(xiàn)在世界上各個(gè)國家都很重視無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和應(yīng)用。無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅被

26、美國《技術(shù)評(píng)論》雜志評(píng)為未來十大新興科技。而且，在“中國未來20年技術(shù)預(yù)見研究”的157個(gè)技術(shù)課題中，就有7項(xiàng)是直接論述無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的。2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》為我國信息技術(shù)未來的發(fā)展指引了三個(gè)前沿科技，而其中的智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就直接與無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究相關(guān)。［9］由此可知，無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用將是一種必然趨勢(shì)，而無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展應(yīng)用將會(huì)像20世紀(jì)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、

27、激光技術(shù)一樣給人類社會(huì)的發(fā)展和社會(huì)文明帶來極大的變革。</p><p>　　1.3.1 國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)達(dá)國家?guī)缀跬趩?dòng)。1999年首次出現(xiàn)于中科院《知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究》的信息與自動(dòng)化領(lǐng)域報(bào)告中，作為該領(lǐng)域提出的五個(gè)重大項(xiàng)目之一。</p><p>　　目前在我國，由中科院微系統(tǒng)所主

28、導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在積極的開展基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電子圍欄技術(shù)邊境防御系統(tǒng)的研發(fā)和測(cè)試，已取得了階段性的成果。同時(shí)也有許多公司正在研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，例如西安華凡科技有限公司，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案的專業(yè)提供商，為ZigBee技術(shù)在我國的發(fā)展做出了不懈的努力。為廣大的初學(xué)者和用戶提供了從開發(fā)學(xué)習(xí)套件、ZigBee典型應(yīng)用方案演示模型到ZigBee解決方案商業(yè)應(yīng)用的一條龍服務(wù)。杭州齊格科技有限公司與浙江農(nóng)科院合作研發(fā)了遠(yuǎn)程農(nóng)作管理決策服務(wù)

29、平臺(tái)，該平臺(tái)利用無線傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田溫室大棚溫度、濕度、光照等環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)。</p><p>　　1.3.2 國外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　國際上比較有代表性和影響力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)成功的項(xiàng)目有智能塵埃（smart dust）、行為習(xí)慣監(jiān)控項(xiàng)目、戰(zhàn)場(chǎng)遙控系統(tǒng)（remote battlefield sensor system, REMBASS）等。美國俄亥俄

30、州正在開發(fā)的能夠監(jiān)測(cè)到運(yùn)動(dòng)中的高金屬含量目標(biāo)“沙漠直線”無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和美軍試驗(yàn)成功的“狼群”地面無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為該技術(shù)在電子戰(zhàn)領(lǐng)域最新突破的標(biāo)志。［10］</p><p>　　民用方面，美國英特爾公司和加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校領(lǐng)導(dǎo)的“智能塵?！奔夹g(shù)的研究工作，已經(jīng)成功的創(chuàng)建了瓶蓋大小的全能型智能傳感器，可以執(zhí)行計(jì)算、監(jiān)測(cè)與通信等功能。2002年，英特爾公司又率先在俄勒岡州建立了世界上第一個(gè)無線葡萄

31、園，這是一個(gè)典型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的實(shí)例。在亞洲，日本制作所于2004年11月24日宣布開發(fā)出了全球體積最小的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端，該終端為安裝電池的有源無線終端，可以配合搭載溫度、亮度、紅外線、加速度等各類傳感器使用。</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題的主要研究內(nèi)容是根據(jù)IEEE 802.15.4協(xié)議規(guī)范設(shè)計(jì)制作一個(gè)基于ZigBee的無線測(cè)溫管理

32、系統(tǒng)。該系統(tǒng)擬采用DS18B20溫度傳感器結(jié)合ZigBee技術(shù)的無線模塊CC2430搭建無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)，通過溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸采集到的數(shù)據(jù)，最后測(cè)試基站再通過USB接口與本地計(jì)算機(jī)連接通信，實(shí)現(xiàn)溫度的在線監(jiān)測(cè)。</p><p>　　本課題的難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)溫度傳感器與基站以ZigBee協(xié)議的方式進(jìn)行無線通信，將模擬量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量溫度值，編寫完善的通信協(xié)議及系統(tǒng)軟件

33、。同時(shí)，由于溫度檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，實(shí)時(shí)性要求高。因此，如何高效的傳輸數(shù)據(jù)也成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的問題。</p><p>　　“無線測(cè)溫管理系統(tǒng)”是為了更好的適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和家庭生活而設(shè)計(jì)的。它改變了傳統(tǒng)的必須通過接觸式測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，免去了大量的人工操作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)開發(fā)完成后，應(yīng)該能夠達(dá)到以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1. 可以在本

34、地PC機(jī)上觀看到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的環(huán)境溫度。</p><p>　　2. 可以更換系統(tǒng)老化的溫度傳感器終端，并且不會(huì)影響原有的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。</p><p>　　3. 控制界面及內(nèi)容觀測(cè)方便。 </p><p>　　4. 在課題結(jié)束的時(shí)候，希望能夠完成一個(gè)較為完整的測(cè)試系統(tǒng)甚至是可以投入市場(chǎng)的一個(gè)產(chǎn)品。</p><p>　　2 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用領(lǐng)

35、域</p><p>　　2.1 ZigBee協(xié)議概述</p><p>　　IEEE 802.15.4是IEEE針對(duì)低速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（low-rate wireless personal area networks, LR-WPAN）制定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)把低能量消耗、低速率傳輸、低成本制造作為重點(diǎn)目標(biāo)，旨在為個(gè)人或家庭內(nèi)不同設(shè)備之間低速率無線通信提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。［19］該標(biāo)準(zhǔn)定義的

36、無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)已將其視為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際通信標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用分層結(jié)構(gòu)，每一層為其上層提供一系列的特殊服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體主要提供數(shù)據(jù)傳輸相應(yīng)的服務(wù)；而管理實(shí)體則提供其余的服務(wù)。其中支持一定數(shù)量服務(wù)原語的服務(wù)接入點(diǎn)SAP作為接口為上層提供接口服務(wù)。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的分層架構(gòu)并不是刻板無變化的，其基本架構(gòu)是OSI的七層模型。但

37、是在此基礎(chǔ)上也會(huì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的差異來重新定義。ZigBee協(xié)議的基本體系架構(gòu)如圖1所示：</p><p>　　圖1 ZigBee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　基本架構(gòu)中IEEE 802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個(gè)底層協(xié)議：媒體訪問控制層（MAC）和物理層（PHY）。而ZigBee聯(lián)盟在底層協(xié)議上又定義了應(yīng)用層（APL）和網(wǎng)絡(luò)層（NWK）。同時(shí)在應(yīng)用層內(nèi)加入了應(yīng)用支持子層（APS

38、）和ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象。［19］</p><p>　　2.2 IEEE802.15.4</p><p>　　2000年12月，為了滿足類似溫度傳感器這樣的小型、低成本設(shè)備也能進(jìn)行無線聯(lián)網(wǎng)的需求。電氣和電子工程師協(xié)會(huì)組織建立了IEEE 802.15.4工作小組。開發(fā)價(jià)格低廉的可供便攜或移動(dòng)設(shè)備使用的復(fù)雜度低、成本低、功耗低、速率低的無線通信

39、技術(shù)是這個(gè)工作小組的研究目標(biāo)。［6］在標(biāo)準(zhǔn)化工作方面，IEEE 802.15.4工作小組負(fù)責(zé)制定媒體訪問控制層和物理層的相關(guān)協(xié)議，其他協(xié)議主要參考使用現(xiàn)有的一些標(biāo)準(zhǔn)。在參考使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，IEEE 802.15.4協(xié)議也吸引了其他標(biāo)準(zhǔn)化組織的注意，例如IEEE 802.15.4工作小組就在考慮怎樣在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　正式的IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在

40、2003年上半年發(fā)布，芯片和產(chǎn)品已經(jīng)問世。ZigBee聯(lián)盟在IEEE 802.15.4—2003標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，于2005年6月27日公布了第一份“ZigBee Specification v1.0”，并于2006年12月1日公布了改進(jìn)版本的ZigBee Specification—2006版本，再次掀起了全球范圍內(nèi)研究ZigBee技術(shù)的熱潮。</p><p>　　2.3 ZigBee</p><

41、;p>　　ZigBee技術(shù)是一組基于IEEE 802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)自組織網(wǎng)絡(luò)、安全軟件方面的通信技術(shù)。［11］ZigBee名稱的由來主要源于對(duì)蜜蜂采蜜過程的觀察。在采蜜的過程中，若發(fā)現(xiàn)有新的實(shí)物源，那么蜜蜂就會(huì)跳著ZigBee形狀的舞蹈，以舞蹈的形式來告知蜂群食物源的方向、距離、位置等。同時(shí)蜜蜂的自身體積小，能量消耗少，又能傳送采集來的花粉。因此，人們將具有低成本、小體積、低能量消耗和低傳輸速率等特點(diǎn)的無線通信技

42、術(shù)叫做ZigBee技術(shù)。中文通常將ZigBee譯為“智蜂”或“紫蜂”等。［16］</p><p><b>　　2.4 傳感器節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　傳感器節(jié)點(diǎn)通常由四個(gè)部分組成：能量供應(yīng)模塊；無線通信模塊；處理器模塊（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、嵌入式操作系統(tǒng)等）；傳感器模塊（由傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能模塊組成）。</p><p>　　

43、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示：</p><p>　　圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)</p><p>　　能量供應(yīng)模塊是其他模塊能夠正常運(yùn)行的保障和基礎(chǔ)，常見的能量供應(yīng)模塊是微型電池；無線通信模塊是傳感器能夠進(jìn)行控制信息和數(shù)據(jù)交換的前提，同時(shí)還兼具與其他傳感器之間進(jìn)行無線通信的功能；處理器模塊是整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的核心，處理器模塊不僅要控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行，還要處理并存儲(chǔ)采集來的數(shù)據(jù)信

44、息和通過無線模塊交換來的其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息；傳感器模塊是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的觸角，傳感器模塊負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的信息。不僅如此，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以選擇性的添加定位系統(tǒng)等的其他模塊。</p><p>　　2.5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.5.1 星型網(wǎng)</b></p><p>　　星型網(wǎng)是最基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于“單跳

45、”系統(tǒng)類型。星型網(wǎng)中的各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)基本相同但是節(jié)點(diǎn)之間并不相互通信，所有的節(jié)點(diǎn)都只與基站雙向通信。作為網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)站，基站既要向各節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和命令，還要與因特網(wǎng)等高層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。星型網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，缺點(diǎn)是傳輸距離小。［7］</p><p><b>　　2.5.2 網(wǎng)狀網(wǎng)</b></p><p>　　網(wǎng)狀網(wǎng)是在星型網(wǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)的“多跳”系統(tǒng)。與星型網(wǎng)一樣，網(wǎng)

46、狀網(wǎng)中所有的傳感器節(jié)點(diǎn)也都相同；但是網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)既與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和命令傳輸，節(jié)點(diǎn)之間也可以相互通信。正因?yàn)槿绱?，這種多跳系統(tǒng)的網(wǎng)狀網(wǎng)具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)缺點(diǎn)也很明顯即功耗更大。 </p><p><b>　　2.5.3 混合網(wǎng)</b></p><p>　　為了同時(shí)具有星型網(wǎng)的低功耗優(yōu)點(diǎn)和網(wǎng)狀網(wǎng)的長距離傳輸優(yōu)點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)了混合網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；旌暇W(wǎng)由中繼器、路

47、由器、傳感器節(jié)點(diǎn)組成。［7］中繼器和路由器呈網(wǎng)狀分布，傳感器節(jié)點(diǎn)則星型的分布在中繼器和路由器周圍。中繼器與路由器的作用是提供網(wǎng)絡(luò)容故障能力，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。</p><p>　　圖3為三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):</p><p>　　圖3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2.6 端點(diǎn)綁定</b></p><p>

48、;　　端點(diǎn)是一個(gè)8位的字段，描述的是一個(gè)射頻端所支持的不同應(yīng)用。每一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)可以包含多個(gè)端點(diǎn)。端點(diǎn)0x00用于尋址設(shè)備配置文件，是每個(gè)ZigBee設(shè)備必須使用的端點(diǎn)。端點(diǎn)0xff用于尋址所有活動(dòng)的端點(diǎn)，端點(diǎn)0xf1~0xfe暫時(shí)預(yù)留不用。因此，一個(gè)物理ZigBee射頻端在端點(diǎn)0x01~0xf0上總共可以支持240個(gè)應(yīng)用，即一個(gè)物理信道中最多可以有240條虛擬信道。</p><p>　　2.7 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)

49、制</p><p>　　主設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到從設(shè)備和從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)到主設(shè)備的機(jī)制因網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。在星形網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)從設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只需要等待信道變?yōu)榭臻e。當(dāng)檢測(cè)到信道空閑時(shí)，就將數(shù)據(jù)發(fā)送到主設(shè)備。但是如果主設(shè)備想要將數(shù)據(jù)發(fā)送到從設(shè)備，主設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在發(fā)送緩沖器中，直到目標(biāo)從設(shè)備查詢接收該數(shù)據(jù)為止。這種傳輸機(jī)制要求從設(shè)備的接收器是開啟的，而且可從協(xié)調(diào)器中接收數(shù)據(jù)。［8］</p><

50、p>　　在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須始終保持它們的接收器為開啟狀態(tài)或者在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)開啟接收器。這樣就能保證某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)能夠被其它節(jié)點(diǎn)接收。為了降低功耗，從設(shè)備并不始終開啟接收器，而是在查詢主設(shè)備時(shí)才定期地喚醒從設(shè)備來處理數(shù)據(jù)。在大多數(shù)時(shí)間里從設(shè)備都是處在休眠狀態(tài)的。用這種方式降低功耗的缺點(diǎn)是主設(shè)備必須將數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)部緩沖器中，以等待從設(shè)備的喚醒和查詢。但是如果網(wǎng)絡(luò)中有很多休眠時(shí)間較長的從設(shè)備，主設(shè)備就必須增大R

51、AM的空間以保存數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.8 ZigBee優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）數(shù)據(jù)傳輸可靠。ZigBee采用“碰撞避免機(jī)制”來提高可靠性。遵循“主設(shè)備發(fā)送—從設(shè)備確認(rèn)接收—主設(shè)備回復(fù)”機(jī)制，如果從設(shè)備沒有收到主設(shè)備的回復(fù)，主設(shè)備將會(huì)再次發(fā)送數(shù)據(jù)。</p&

52、gt;<p>　?。?）功耗低。ZigBee技術(shù)的信號(hào)處理時(shí)間短，非工作期又采用設(shè)備休眠模式，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊功耗極低。</p><p>　?。?）工作頻段靈活。使用的頻段分別為2.4GHz(全球)、868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執(zhí)照頻段。</p><p>　?。?）網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可包括65535個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中一

53、個(gè)為主設(shè)備，其余均是從設(shè)備。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)由協(xié)調(diào)器可實(shí)現(xiàn)相互連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)容量巨大。</p><p>　?。?）成本低。ZigBee通信模塊的單位成本低，而且ZigBee協(xié)議是無需專利費(fèi)的。</p><p>　　2.9 ZigBee與藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)比較</p><p>　　無線個(gè)人網(wǎng)（WPAN）主要包括Bluetooth（藍(lán)牙），Wi-Fi， ZigBee等。<

54、;/p><p>　　三種技術(shù)的參數(shù)比較如圖4所示： </p><p>　　圖4 ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi技術(shù)比較</p><p>　　在ZigBee與藍(lán)牙的關(guān)系上，ZigBee聯(lián)盟認(rèn)為ZigBee和藍(lán)牙是互為補(bǔ)充的，而不是相互競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　在系統(tǒng)復(fù)雜性方面，ZigBee的系統(tǒng)復(fù)雜度遠(yuǎn)小于藍(lán)牙。安全性方面，兩種協(xié)議

55、在一定程度上都能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，但是ZigBee比藍(lán)牙更為靈活，也更有利于控制系統(tǒng)成本。功耗方面，低功耗是ZigBee的一個(gè)重要特征。藍(lán)牙技術(shù)采用兩種方式來控制功率：自適應(yīng)發(fā)射功率和調(diào)整基帶連接模式。相比較而言ZigBee功耗更低。</p><p>　　Wi-Fi是一種用的較多的無線技術(shù)。除了在筆記本電腦中，目前在許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中也增加了處理802.11協(xié)議的能力。但是使用Wi-Fi的缺點(diǎn)包括功耗大、成本高

56、、協(xié)議開銷大、需要特殊接入點(diǎn)等。隨著低速率應(yīng)用市場(chǎng)需求的不斷增長，ZigBee和Wi-Fi系統(tǒng)共存的可能性也越來越大。但是兩種技術(shù)都是工作在2.45GHz的ISM頻段，因而不可避免的會(huì)產(chǎn)生相互干擾。所以，如何讓W(xué)i-Fi和ZigBee共存是急需解決的問題。</p><p>　　2.10 ZigBee的應(yīng)用</p><p>　　采用ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域有智能家庭、智能交通、工業(yè)

57、與環(huán)境控制、醫(yī)療護(hù)理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。其典型應(yīng)用領(lǐng)域如下：</p><p>　　2.10.1 智能家庭</p><p>　　ZigBee技術(shù)可以應(yīng)用于家庭的照明、溫度監(jiān)測(cè)、安全等各個(gè)方面。可以將ZigBee模塊安裝在電視機(jī)、電燈、空調(diào)系統(tǒng)等家電產(chǎn)品中。例如打開電視機(jī)時(shí)，燈光會(huì)自動(dòng)減弱；電話鈴聲響起時(shí)，電視機(jī)會(huì)自動(dòng)靜音等。通過ZigBee終端設(shè)備可以收集各種信息，傳輸?shù)街醒肟刂圃O(shè)備到達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控的

58、目的。例如韓國一家公司已經(jīng)開始研制世界上第一款ZigBee手機(jī)，該手機(jī)可將家庭電腦、家電設(shè)備電源開關(guān)等連接起來。通過這種手機(jī)可以讓手機(jī)用戶在短距離操控電源開關(guān)和控制其他電子設(shè)備。</p><p>　　2.10.2 智能交通</p><p>　　如果在街道、高速公路等地裝備大量的ZigBee終端設(shè)備，將不會(huì)再出現(xiàn)迷路的狀況。安裝在汽車內(nèi)的ZigBee設(shè)備會(huì)告訴人們所處的方位及去向。這與全球定

59、位系統(tǒng)（GPS）類似，但是這種系統(tǒng)能提供更加精確的信息而且還可以部署在GPS覆蓋不到的隧道、地鐵等地。</p><p>　　2.10.3 工業(yè)領(lǐng)域</p><p>　　通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)收集各類信息并及時(shí)將信息傳輸?shù)较到y(tǒng)進(jìn)行處理分析，以便于工廠掌握整體的信息。例如火警的預(yù)警和通知，照明系統(tǒng)的感測(cè)等都可以由ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供相關(guān)的信息。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)有基于ZigBee的無線抄表系

60、統(tǒng)，該系統(tǒng)無需人工進(jìn)行手動(dòng)抄表。而是通過讀取智能化的電表就可以很方便將用電信息顯示在本地計(jì)算機(jī)上。這樣不僅節(jié)省了勞力更節(jié)約了成本。［20］</p><p><b>　　3硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　當(dāng)前最常用的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在一定區(qū)域內(nèi)放置大量的溫度計(jì)，由人工定期的抄錄溫度信息并匯總比較。

61、雖然這種系統(tǒng)布局簡單、保養(yǎng)容易，但是依然存在很大的缺點(diǎn)：</p><p>　?。?）溫度計(jì)放置數(shù)量和位置難以確定。由于監(jiān)測(cè)區(qū)域的大小和檢測(cè)環(huán)境的區(qū)別，很難規(guī)范化的給出溫度計(jì)的放置數(shù)量。另外，由于監(jiān)測(cè)溫度要求的全方位性，一些人工難以到達(dá)的地方就成了監(jiān)測(cè)的死角，溫度計(jì)不僅不易安放也不利于人工的讀取。</p><p>　?。?）溫度計(jì)讀取數(shù)據(jù)的難度大。人工讀取溫度數(shù)據(jù)時(shí)，由于溫度計(jì)多，位置雜，因

62、此很容易疏忽一些溫度計(jì)。造成溫度信息的不全面從而影響了溫度控制方式的決策。</p><p>　　另外，市場(chǎng)上常見的溫度計(jì)均為玻璃質(zhì)的水銀溫度計(jì)，不僅容易損壞而且水銀一旦漏出還會(huì)污染環(huán)境危害人體健康。</p><p>　　采用無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度不僅解決了上述問題還可以配合其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全智能化的溫度監(jiān)測(cè)與控制。</p><p>　　整個(gè)無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖

63、5所示，由溫度傳感器終端，溫度傳感器基站，PC機(jī)組成。溫度傳感器終端采集溫度信息并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送到溫度傳感器基站。溫度傳感器基站再以USB串口通信方式將數(shù)據(jù)顯示在PC上。</p><p>　　圖5 無線溫度網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.2 溫度傳感器終端設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 溫度傳感器</p><p>

64、;　　傳統(tǒng)的溫度傳感器終端需要將獲得的模擬式溫度值轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字式的溫度值?；具^程為先經(jīng)電橋電路獲取電壓模擬量，再經(jīng)信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　傳統(tǒng)溫度傳感器的缺點(diǎn)是在更換傳感器時(shí)會(huì)因放大器出現(xiàn)零點(diǎn)漂移而必須對(duì)電路進(jìn)行重新調(diào)試，以適應(yīng)零漂效應(yīng)造成的電路參數(shù)變化。</p><p>　　為避免上述情況，本次設(shè)計(jì)采用了美國DALLAS半導(dǎo)體器件公司生產(chǎn)的單

65、線數(shù)字化智能集成溫度傳感器DS18B20。其突出的優(yōu)點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）功能強(qiáng)。DS18B20可將被測(cè)溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，即降低了電路的復(fù)雜度，也避免了更換傳感器時(shí)必須進(jìn)行的調(diào)試工作。</p><p>　?。?）使用簡便。DS18B20能夠提供9～12位的溫度讀數(shù)，精度高且其信息傳輸只需要1根信號(hào)線，與計(jì)算機(jī)接口連接十分簡便。并且其讀寫及溫度轉(zhuǎn)換的功耗全部來自于數(shù)據(jù)

66、線，因此不需要額外的附加電源就能正常工作。</p><p>　?。?）集合度高。每個(gè)DS18B20都含有一個(gè)唯一的序列號(hào)，這樣就可以在同一條總線上連接多個(gè)DS18B20構(gòu)成溫度檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全方位檢測(cè)。</p><p>　?。?）抗干擾強(qiáng)。當(dāng)出現(xiàn)操作失誤將DS18B20的電源極性接反時(shí)，DS18B20不能正常工作卻不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而燒毀。</p><p>　　DS18B

67、20實(shí)物圖與引腳圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 DS18B20實(shí)物圖、引腳圖、封裝圖</p><p>　　3.2.2 微控制器</p><p><b>　　1.DMA控制器</b></p><p>　　CC2430內(nèi)置了一個(gè)存儲(chǔ)器直接讀取控制器DMA（direct memory access）。這是一種高速的數(shù)

68、據(jù)傳輸模式，ADC、UART、RF收發(fā)器等外設(shè)單元與存儲(chǔ)器之間可以直接在DMA控制器的控制下交換數(shù)據(jù)信息而幾乎不需要CPU的干預(yù)，這樣就保證了CPU在休眠狀態(tài)下時(shí)，系統(tǒng)依然能夠正常運(yùn)行。而除了在數(shù)據(jù)傳輸開始和結(jié)尾時(shí)需要CPU作一點(diǎn)處理外，傳輸過程的這段時(shí)間內(nèi)CPU可以進(jìn)行其他的工作。這樣，CPU和數(shù)據(jù)交換在大部分時(shí)間里是出于并行工作狀態(tài)的，通過這種方式可以有效的減輕8051CPU內(nèi)核的負(fù)擔(dān)。［3］</p><p>

69、;<b>　　2.DMA的操作</b></p><p>　　DMA 控制器有信道DMA 0～4共5個(gè)信道，每個(gè)信道能夠從DMA存儲(chǔ)器空間傳送數(shù)據(jù)到外部數(shù)據(jù)(XDATA)空間。</p><p>　　DMA操作流程圖如附錄圖1所示。</p><p>　　當(dāng) DMA 信道配置完畢后，在允許數(shù)據(jù)傳送初始化之前，必須進(jìn)入工作狀態(tài)。DMA信道通過將DMA信

70、道工作狀態(tài)寄存器中指定位(即DMAARM)置1，就可以進(jìn)入工作狀態(tài)。</p><p>　　3.3 溫度傳感器終端原理圖</p><p>　　溫度傳感器終端原理圖如附錄圖2、3所示。</p><p>　　3.4 溫度傳感器基站設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 CC2430芯片概述</p><p>　　CC2430整合

71、了電子行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee 收發(fā)機(jī)CC2420以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 MCU，還包括8KB的SRAM、大量閃存等強(qiáng)大的性能。CC2430有三個(gè)版本：CC2430—F32/F64/F128，編號(hào)后綴分別表示芯片具有32KB、64KB、128KB的閃存。［3］</p><p>　　CC2430擁有卓越的射頻性能、超低的功耗、高靈敏度、出眾的抗干擾能力。所集成的MCU

72、為強(qiáng)大的8位、單周期8051微控制核心。另外還有強(qiáng)大的外設(shè)資源，如DMA、看門狗定時(shí)器、AES-128協(xié)處理器、8-14位ADC等。CC2430芯片片上系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如附錄圖4所示。</p><p>　　CC2430接收機(jī)傳輸模式下的電流損耗分別為27mA及25mA。其睡眠模式與工作模式的轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，使得RF-IC成為針對(duì)超長電池使用壽命應(yīng)用的理想解決方案。CC2430結(jié)合ZigBee協(xié)議?？梢詰?yīng)用在ZigB

73、ee系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備上，CC2430也被認(rèn)為是最具競(jìng)爭(zhēng)力的ZigBee解決方案。</p><p>　　3.4.2 CC2430無線收發(fā)模塊</p><p>　　基于802.15.4的CC2430無線收發(fā)模塊核心是CC2420射頻收發(fā)器，其結(jié)構(gòu)如附錄圖5所示。</p><p>　　CC2430發(fā)送器是基于上變頻器。發(fā)送的信號(hào)由硬件模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并

74、給數(shù)據(jù)幀加入前導(dǎo)符和開始符。</p><p>　　CC2430接收器接收的是低頻信號(hào)，信號(hào)接收后經(jīng)放大器放大轉(zhuǎn)換到中頻。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用是FIFO的方式來接收128 位的數(shù)據(jù)。</p><p>　　CRC校驗(yàn)同樣由硬件實(shí)現(xiàn)。并將相應(yīng)的信號(hào)指標(biāo)信號(hào)幀中。</p><p>　　CC2430射頻通信基本流程圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 C

75、C2430射頻通信基本流程圖</p><p>　　3.4.3 USB接口</p><p>　　USB是一種外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦和外部設(shè)備的連接與通訊。USB設(shè)備之所以會(huì)被廣泛的應(yīng)用，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。幾乎所有的常用電子設(shè)備均支持USB接口機(jī)制。</p><p>　?。?）使用方便。幾乎所有的US

76、B設(shè)備都是小巧型的設(shè)備，例如U盤、移動(dòng)硬盤等，這些設(shè)備不僅使用方便攜帶也很便利。</p><p>　　（3）可熱插拔。USB設(shè)備可以在運(yùn)行的電腦上直接拔插使用，而不用關(guān)機(jī)后再插入U(xiǎn)SB設(shè)備。</p><p>　　（4）多設(shè)備共用。個(gè)人電腦均具有多個(gè)USB接口，并且可以同時(shí)連接驅(qū)動(dòng)多個(gè)USB設(shè)備。</p><p>　　USB接口實(shí)物圖與電路圖如圖8所示。</p&

77、gt;<p><b>　　圖8 USB接口</b></p><p><b>　　4軟件程序開發(fā)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件部分需要解決的問題有：初始化設(shè)計(jì)、DS18B20模塊設(shè)計(jì)、讀溫度函數(shù)、數(shù)值處理函數(shù)設(shè)計(jì)以及USB串口通信設(shè)計(jì)等。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)部分模塊初始化分析</p&

78、gt;<p>　　4.1.1 DS18B20的初始化</p><p>　　DS18B20初始化復(fù)位脈沖時(shí)序圖如圖9所示。當(dāng)主器件開始與從器件DS18B20進(jìn)行通信時(shí)，主器件必須先給出復(fù)位脈沖，經(jīng)給定時(shí)間，DS18B20發(fā)出存在的脈沖。表示已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接受由主器件發(fā)送的ROM命令和存儲(chǔ)器操作命令。［18］</p><p>　　圖9 DS18B20初始化復(fù)位脈沖時(shí)序圖<

79、/p><p>　　DS18B20初始化函數(shù)如下：</p><p>　　Void DS18B20_reset(void) //DS18B20復(fù)位函數(shù)</p><p>　　{ char exist=1; //設(shè)置DS18B20存在標(biāo)志</p><p>　　while(exist

80、) //DS18B20是否存在</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(exist) //DS18B20是否存在</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=

81、1;_nop_( ); _nop_( ); //一線制總線置高2us準(zhǔn)備寫過程</p><p>　　DQ=0;delay(50); //一線制總線置低550us，滿足復(fù)位延長時(shí)間條件</p><p>　　DQ=1;delay(6); //一線制總線置高66us滿足復(fù)位延長時(shí)間條件</p><p>　　exist =DQ; // exis

82、t =0，復(fù)位成功，繼續(xù)下一步</p><p><b>　　} </b></p><p>　　Delay(45); //延遲500us，此時(shí)DQ已經(jīng)被上拉電阻置高</p><p>　　exist =~DQ; //DQ置高，退出循環(huán)</p><p><b>　　

83、}</b></p><p>　　DQ=1; } //一線制總線置高，完成復(fù)位過程</p><p>　　4.1.2 USART的初始化</p><p>　　CC2430在利用串口USART0通信時(shí)，需要定義傳輸波特率、通信模式等。需要將通用控制寄存器（U0GCR）、USART0控制與狀態(tài)寄存器（U0CSR）、控制寄存

84、器（U0UCR）、波特率控制寄存器（U0BAUD）初始化才能正常的運(yùn)行使用。</p><p>　　通信需要的初始化子程序如下所示：</p><p>　　VOID SENDDATA (UINT8 A, UINT8 B) </p><p>　　{ HALWAITMS(2);</p><p>　　U0DBUF =0XAA;</p>

85、<p>　　UTX0IF = 0;</p><p>　　HALWAITMS(2);</p><p>　　U0DBUF =a;</p><p>　　UTX0IF = 0;</p><p>　　HALWAITMS(2);</p><p>　　U0DBUF =B;</p><p>　　UTX

86、0IF = 0; }</p><p><b>　　4.2 軟件編程</b></p><p>　　4.2.1 DMA程序?qū)懭?lt;/p><p>　　在32MHz系統(tǒng)時(shí)鐘下，用DMA 向閃存內(nèi)部寫入程序的流程圖。DMA向Flash寫程序流程如圖10所示。</p><p>　　圖10 DMA 向閃存寫程序流程圖</p&

87、gt;<p>　　4.2.2監(jiān)控界面設(shè)計(jì)</p><p>　　監(jiān)控界面采用VB 6.0語言編寫，通過PC機(jī)COM口連接。將接收到的溫度數(shù)據(jù)在本地計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面中顯示出來，從而能夠?qū)崟r(shí)的觀察到監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度,實(shí)現(xiàn)本課題的設(shè)計(jì)。</p><p>　　VB可視化界面因其簡單高效的特點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，通過使用VB的MSComm通信控件就可以很方便的完成通信軟件的開發(fā)。［5］&

88、lt;/p><p>　　MSComm控件通過串口收發(fā)數(shù)據(jù)信息，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。MSComm通信控件有以下幾類屬性：</p><p>　　(1)CommPort屬性。CommPort用于對(duì)通信連接端口的設(shè)置或返回。</p><p>　　(2)Output屬性。Output用于向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　(3)Input屬

89、性。Input用于從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　(4)Settings屬性。Settings用于對(duì)參數(shù)的初始化設(shè)置。Settings以字符串的形式設(shè)置或返回奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位、聯(lián)機(jī)速率。</p><p>　　(5)InputMode屬性。InputMode用于對(duì)數(shù)據(jù)格式的讀取設(shè)置。當(dāng)InputMode為1時(shí)，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式讀??；當(dāng)InputMode為O時(shí)，數(shù)據(jù)以文字

90、的形式讀取。</p><p>　　(6)Portopen屬性。Portopen用于對(duì)通信串口的狀態(tài)設(shè)置或返回。當(dāng)Portopen為True時(shí)，表示串口為打開狀態(tài)；當(dāng)Portopen為False時(shí)，表示串口為關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　串口通信初始化程序用于對(duì)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和串口的初始化，串口初始化包括定義串口的數(shù)據(jù)格式、選擇通信的串口等。［5］</p><p>　　

91、初始化的部分程序代碼如下：</p><p>　　MSComm1.CommPort=3 //使用Com3口，即串口3</p><p>　　MSComm1.Settings="9600,n,8,1" //設(shè)置通訊參數(shù)</p><p>　　MSComm1.InbufferCount=0 //清空接收緩沖區(qū)&

92、lt;/p><p>　　MSComm1.OutbufferCount=0 //清空發(fā)送緩沖區(qū)</p><p>　　MSComm1.PortOpen=True //打開串口</p><p>　　MSComm1.InputMode=1 //通過Input屬性以二進(jìn)制形式取回?cái)?shù)據(jù)</p><p>　　MSC

93、omm1.InputLen=0 //Input屬性一次讀取緩沖區(qū)內(nèi)全部數(shù)據(jù)</p><p>　　4.2.3 部分程序代碼</p><p>　　Void main (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Disdata=0xff; //初始化端口</p&g

94、t;<p>　　discan=0xff;</p><p>　　TMOD=0x20; //定時(shí)器工作方式2 </p><p>　　TL1=0xfd; </p><p><b>　　TH1=0xfd;</b></p><p>　　REN=1; //允許串口接收</p&

95、gt;<p>　　SM0=0; //串口工作方式1</p><p>　　TR1=1; //定時(shí)器1 開始工作</p><p><b>　　SM1=1; </b></p><p>　　ES=1; //串口中斷允許</p><p>　　

96、EA=1; //中斷允許</p><p>　　for(t=0;t<4;t++) //開機(jī)顯示"0000"</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display[t]=0;</p><p><b>　　}</b><

97、;/p><p>　　DS18B20_reset ( ); //開機(jī)復(fù)位</p><p>　　write (0xcc); //skip ROM</p><p>　　write (0x44); //發(fā)轉(zhuǎn)換命令</p><p>　　for(t=0;t<100;t++)</p><

98、;p><b>　　{</b></p><p>　　scan( ); } //顯示掃描函數(shù)</p><p>　　SBUF=temp;</p><p>　　while(TI!=1);</p><p>　　TI=0; //串口發(fā)送中斷標(biāo)志位</p>

99、<p><b>　　ES=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************DS18B20復(fù)位函數(shù)************************/</p><p>　

100、　Void DS18B20_reset(void) //DS18B20復(fù)位函數(shù)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　char exist=1; //設(shè)置DS18B20存在標(biāo)志</p><p>　　while(exist)

101、 //DS18B20是否存在</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(exist) //DS18B20是否存在</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_( ); _n

102、op_( ); //一線制總線置高2us準(zhǔn)備寫過程</p><p>　　DQ=0;delay(50); //一線制總線置低550us，滿足復(fù)位延長時(shí)間條件</p><p>　　DQ=1;delay(6); //一線制總線置高66us滿足復(fù)位延長時(shí)間條件</p><p>　　exist =DQ; // exist =0，復(fù)位成功，繼續(xù)下一

103、步</p><p><b>　　} </b></p><p>　　Delay(45); //延遲500us，此時(shí)DQ已經(jīng)被上拉電阻置高</p><p>　　exist =~DQ; //DQ置高，退出循環(huán)</p><p><b>　　}</b></p>

104、<p><b>　　DQ=1; </b></p><p>　　} //一線制總線置高，完成復(fù)位過程</p><p>　　/**************DS18B20讀字節(jié)函數(shù)************************/</p><p>　　uchar DS18B20_read(

105、void) //通過一線制總線向18B20讀一個(gè)字節(jié)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　uchar value=0;</p><p>　　for(i=8;i>0;i- -)

106、 //循環(huán)一個(gè)字節(jié)數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_(); //一線制總線置高2us，準(zhǔn)備讀過程</p><p>　　value>>=1; //暫存變量右移一位</p><p>　　DQ=0;_nop_()

107、;_nop_();_nop_();_nop_(); </p><p>　　//一線制總線置低4us給出讀過程條件</p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); </p><p>　　//一線制總線置高4us準(zhǔn)備讀數(shù)據(jù)位</p><p>　　if(DQ)value|=0x80; //讀

108、取數(shù)據(jù)位并存入暫存變量</p><p>　　delay(6); //延遲66 us，滿足讀數(shù)據(jù)條件</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DQ=1; return(value); //一線制總線置高，完成讀過程</p><p><b>　　}<

109、/b></p><p>　　/****************DS18B20寫命令函數(shù)************************/</p><p>　　void DS18B20_write (uchar val) //通過一線制總線向18B20寫一個(gè)字節(jié)</p><p><b>　　{</b></p><p>

110、;<b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=8;i>0;i- -) //循環(huán)1個(gè)字節(jié)位數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DQ=1;_nop_();_nop_(); //一線制總線置高2us，準(zhǔn)備寫過程<

111、;/p><p>　　DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()_nop_(); </p><p>　　//一線制總線置低5us，給出寫過程條件</p><p>　　DQ=val&0x01; //向一線制總線移除最低位</p><p>　　delay(6); //延

112、遲66 us，滿足寫過程條件</p><p>　　val=val/2; //寫字節(jié)右移1位</p><p><b>　　}</b></p><p>　　DQ=1; //一線制總線置高，完成寫過程</p><p><b>　　delay(1);<

113、/b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************讀出溫度函數(shù)************************/</p><p>　　Void read_temperature( ) //從DS18B20讀書溫度</p><p><b>　　{&

114、lt;/b></p><p>　　DS18B20_reset( ); //DS18B20總線復(fù)位</p><p>　　DS18B20_write (0xcc); //發(fā)送skip ROM命令</p><p>　　DS18B20_write (0xBE); //發(fā)送讀溫度命令</p><p>　　tem

115、p_data[0]= DS18B20_read( ) //溫度低8位</p><p>　　temp_data[1]= DS18B20_read( ) //溫度高8位</p><p>　　DS18B20_reset( ) //DS18B20總線復(fù)位</p><p>　　DS18B20_write (0xcc); //發(fā)送skip