1、蘭 州 理 工 大 學計算機與通信學院2014年春季學期 物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實踐 課程設(shè)計 題 目：基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 成 績： 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度信息采集系統(tǒng)設(shè)計摘要 基于物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)是多學科的高度交叉，知識的高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域。它通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測,感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性決定了其不需要較高的傳輸帶寬，而要求較低的傳輸延時和極低的功率消耗。IEEES02154ZigBee技術(shù)是近年來通信領(lǐng)域中的研究熱點

2、，具有低成本、低功耗、低速率、低復雜度的特點和高可靠性、組網(wǎng)簡單、靈活等優(yōu)勢，逐漸成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事實上的國際標準。此次課設(shè)設(shè)計并實現(xiàn)了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、信息采集、SHT10、串口通信 正文：4一、前言4二、基本原理52.1 SHT10引腳特性52.2 溫濕度傳感器模塊82.3 CC2530串口通信原理92.4 Zig Bee 簡介10三、系統(tǒng)分析16四、詳細設(shè)計184.1硬件設(shè)計184.2 軟件設(shè)計214.3 設(shè)計結(jié)構(gòu)圖214.4 代碼22總結(jié)33參考文獻34正文：一、前言物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可定制，適用于不同應(yīng)用

3、場合，對功能，可靠性，成本，體積，功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。隨著生活水平的提高和科學技術(shù)發(fā)展的需求，人類對環(huán)境信息的感知上有了更高的要求，在某些特殊工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和室內(nèi)存儲場合對環(huán)境要求顯得特別苛刻；隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境環(huán)境檢測提供了更進一步的保障。基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境信息采集系統(tǒng)包含感知層、傳輸層、應(yīng)用層三個層面；傳輸層常見的有溫濕度、煙感、一氧化碳、壓力等物聯(lián)網(wǎng)傳感器模塊，傳輸層包括有線通信和無線通信兩部分，應(yīng)用層包括各種終端。在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合ZigBee技術(shù)可以實現(xiàn)、準確、完整、可靠的反應(yīng)環(huán)境信息，做到實時監(jiān)控。基本原理：濕度傳感器和溫度傳感器采集到數(shù)

4、據(jù)后，通過給RS232串口增加ZigBee功能，替代設(shè)備電纜線進行無線傳輸,串口傳輸設(shè)計為雙向全雙工，無硬件流控制，強制允許OTA(多條)時間和丟包重傳。本次課設(shè)采用的senser節(jié)點中燒寫EndDeviceEB程序，在協(xié)調(diào)器中燒寫CoordinatorEB程序。在設(shè)備綁定時先啟動協(xié)調(diào)器綁定，后啟動終端節(jié)點綁定，按鍵SW1用于設(shè)備之間綁定，SW2用于啟動匹配描述符請求。二、基本原理 本實驗將使用 CC2530 讀取溫濕度傳感器 SHT10 的溫度和濕度數(shù)據(jù)，最后將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在 LCD 上顯示。其中對溫濕度的讀取是利用 CC2530 的 I/O（P1.0 和 P1.1）模擬一個類 II

5、C 的過程。其中該系統(tǒng)所使用的SHT10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全標定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSens技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。2.1 SHT10引腳特性SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片， 提供全標定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSens 技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體測濕敏感元件、一個用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器

6、以及串行接口電路實現(xiàn)無縫連接。 SHT10 引腳特性如下： (1)VDD，GND SHT10 的供電電壓為 2.45.5V。傳感器上電后，要等待 11ms 以越過“休眠”狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。 (2)SCK 用于微處理器與 SHT10 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小 SCK 頻率。 (3)DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在 SCK 時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在 SCK 時鐘高電平時，DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理

7、器應(yīng)驅(qū)動 DATA 在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10k）將信號提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的 I/O 電路中。 1、向 SHT10 發(fā)送命令： 用一組“ 啟動傳輸”時序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒?SCK 時鐘高電平時DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時鐘高電平時 DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個地址位（目前只支持“000”），和五個命令位。SHT10 會以下述方式表示已正確地接收到指令：在第 8 個 SCK 時鐘的下降沿之后，將 DATA 拉為電平（ACK 位）。在第 9 個 SCK 時鐘的下降沿之后，釋放 DAT

8、A（恢復高電平）。 2、測量時序(RH 和 T)： 發(fā)布一組測量命令（00000101表示相對濕度 RH，00000011表示溫度 T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程需要大約 11/55/210ms，分別對應(yīng)8/12/14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，最多有±15%變化。SHTxx 通過下拉 DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā) SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸2 個字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1 個字節(jié)的CRC 奇偶校驗。uC 需要通過下拉DATA

9、 為低電平，以確認每個字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始，右值有效（例如：對于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個SCK 時鐘起算作 MSB； 而對于 8bit 數(shù)據(jù)， 首字節(jié)則無意義）。用 CRC 數(shù)據(jù)的確認位，表明通訊結(jié)束。如果不使用 CRC-8 校驗，控制器可以在測量值 LSB 后，通過保持確認位 ack 高電平， 來中止通訊。在測量和通訊結(jié)束后，SHTxx 自動轉(zhuǎn)入休眠模式。 3、通訊復位時序： 如果與 SHTxx 通訊中斷，下列信號時序可以復位串口：當 DATA 保持高電平時，觸發(fā)SCK 時鐘 9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個“傳輸啟動”時序。這些時序只復位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保

10、留. 2.2 溫濕度傳感器模塊 溫濕度探頭直接使用 IIC 接口進行控制，光敏探頭經(jīng)運放處理后輸出電壓信號到 AD 輸入。IIC 接口將同時連接 EEPROM 以及溫濕度傳感器兩個設(shè)備，將采用使用不同的 IIC設(shè)備地址的方式進行區(qū)分。其電路原理圖如下所示： 溫濕度傳感器模塊原理圖使用 1012bit 的 AD 采集器進行光敏信號采集，使用專用溫濕度傳感器(IIC 接口)進行溫濕度信號采集。一次采樣使用 2 字節(jié)描述，MSB 方式，溫濕度及光電傳感器模塊輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：（1）僅采集溫度信息 溫度數(shù)據(jù)高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)。 （2）僅采集濕度信息 濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)低字節(jié)。（4）采集全部信

11、息 溫度數(shù)據(jù)高字節(jié)，溫度數(shù)據(jù)低字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)高字節(jié)，濕度數(shù)據(jù)低字節(jié)。 注意：本指令一次測量，最多只上傳 1 次采集數(shù)據(jù)，不支持連續(xù)采集數(shù)據(jù)上傳。 2.3 CC2530串口通信原理UART 接口可以使用 2 線或者含有引腳 RXD、TXD、可選 RTS 和 CTS 的 4 線。 UART 操作由 USART 控制和狀態(tài)寄存器 UxCSR 以及 UART 控制寄存器 UxUCR 來控制。這里的 x 是 USART 的編號，其數(shù)值為 0 或者 1。 當 UxCSR.MODE 設(shè)置為 1 時，就選擇了 UART 模式。 當 USART 收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖器、寄存器 UxBUF 寫入數(shù)據(jù)時，該字節(jié)發(fā)送到輸出

12、引腳 TXDx。UxBUF 寄存器是雙緩沖的。 當字節(jié)傳輸開始時，UxCSR.ACTIVE 位變?yōu)楦唠娖剑斪止?jié)傳送結(jié)束時為低。當傳送結(jié)束時，UxCSR.TX_BYTE 位設(shè)置為 1.當 USART 收/發(fā)數(shù)據(jù)緩沖寄存器就緒，準備接收新的發(fā)送數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生了一個中斷請求。該中斷在傳送開始之后立刻發(fā)生，因此，當字節(jié)正在發(fā)送時，新的字節(jié)能夠裝入數(shù)據(jù)緩沖器。 當 1 寫入 UxCSR.RE 位時，在 UART 上數(shù)據(jù)接收就開始了。然后 UART 會在輸入引腳 TXDx中尋找有效起始位，并且設(shè)置 UxCSR.ACTIVE 位為 1.當檢測出有效起始位時，收到的字節(jié)就傳入到接收寄存器，UxCSR.RX

13、_BYTE 位設(shè)置為 1.該操作完成時，產(chǎn)生接收中斷。同時UxCSR.ACTIVE 變?yōu)榈碗娖健?通過寄存器 UxBUF 提供到的數(shù)據(jù)字節(jié)。當 UxBUF 讀出時，UxCSR.RX_BYTE 位由硬件清 0。2.4 Zig Bee 簡介1 Zig Bee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補了無線通信市場上低功耗，低成本，低速率的空缺。同時隨著ZigBee技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來越多的注意力和研究力量將會轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計，實現(xiàn)互聯(lián)互通測試和市場的推廣等方面。ZigBee技術(shù)的關(guān)鍵是發(fā)展是一種易布建，低成本，低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)的應(yīng)用前景非常好。Zig Bee在未來的幾十年里將在工業(yè)無線定

14、位，工業(yè)控制，消費電子，汽車自動化，家庭網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)用設(shè)備控制等多個控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，特別是工業(yè)控制和家庭自動化，將會成為今后ZigBee芯片的主要領(lǐng)域。通常符合以下條件之一的應(yīng)用，都可以采用此技術(shù)。（1） 網(wǎng)絡(luò)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)多。（2） 低傳輸量：要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)成本低。（3） 可靠性高：要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性，安全性高。（4） 體積小：設(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不方便放置（5） 電池供電。（6） 覆蓋量大：所需檢測點多，地形復雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積。（7） 現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。（8） 遙測，遙控系統(tǒng)：使用先從移動網(wǎng)絡(luò)進行的地數(shù)據(jù)量傳輸。（9

15、） 局部區(qū)域移動口標的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差，成本高.2 ZigBee協(xié)議標準 ZigBee協(xié)議標準采用分層結(jié)構(gòu)，每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實體都通過服務(wù)接人點SAP為上層提供接口，每個SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語來實現(xiàn)所需的功能。ZigBee標準的分層架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)市場和應(yīng)用的實際需要定義的。其中IEEE 8021542003標準定義了底層協(xié)議：物理層(physical layer，PHY)和媒體訪問控制層(medium access control sublayer，MAC)。ZigBee

16、聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層(network layer,NWK)，應(yīng)用層(application layer，APL)架構(gòu)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(application support sublayer，APS)和 ZigBee設(shè)備對象(ZigBee device object，ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對象。 ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層采用基于Ad Hoc的路由協(xié)議，除了具有通用的網(wǎng)絡(luò)層功能外，還應(yīng)該與底層的IEEE 802154標準一樣功耗小，同時要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自組織和自維護，以最大限度方便消費者使用，降低網(wǎng)絡(luò)的維護成本。應(yīng)用支持子層把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上，

17、主要包括安全屬性設(shè)置、業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚等功能。 ZigBee無線測溫系統(tǒng)的組成及原理基于ZigBee技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)主要由基于ZigBee技術(shù)的底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及功能完善的上位監(jiān)控系統(tǒng)3部分組成,該系統(tǒng)是由大量的傳感器點、匯節(jié)點以及遠程傳輸模塊組成的分布式系統(tǒng)。基于簇的分層結(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力,簇頭就是分布式處理中心,即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個匯節(jié)點。每個簇成員(傳感器節(jié)點)都把數(shù)據(jù)傳給簇頭,數(shù)據(jù)融合后直接傳給遠程傳輸網(wǎng)絡(luò),中央控制中心通過遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)與多個匯節(jié)點連接,匯節(jié)點和傳感器節(jié)點之間通過ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線的信息交換。帶有射頻收發(fā)

18、器的無線傳感器節(jié)點負責對數(shù)據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點;通過遠程傳輸網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息,實現(xiàn)對現(xiàn)場的有效控制和管理。圖2 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖1. 物理層物理層由半雙工的無線收發(fā)器及其接口組成，主要作用是激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；檢測信道的能量；顯示收到數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量；空閑信道評估；選擇信道頻率；數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。2. 媒體訪問控制層媒體訪問控制（MAC）層建立了一條節(jié)點和與其相鄰的節(jié)點之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，共享傳輸媒體，提高通信效率。在協(xié)調(diào)器的MAC層，可以產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標，同步網(wǎng)絡(luò)信標；支持ZigBee設(shè)備的關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；支持設(shè)備加密；在信道訪問方面，采用CSMA/CA信道退避算法

19、，減少了碰撞概率；確保時隙分配（GTS）；支持信標使能和非信標使能兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，為兩個對等的MAC實體提供可靠連接。3. 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層負責拓撲結(jié)構(gòu)的建立和維護網(wǎng)絡(luò)連接，主要功能包括設(shè)備連接和斷開網(wǎng)絡(luò)時所采用的機制，以及在幀信息傳輸過程中所采用的安全性機制。此外，還包括設(shè)備的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護和轉(zhuǎn)交。并且，網(wǎng)絡(luò)層完成對一跳(onehop)鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)結(jié)點信息的存儲。一個ZigBee協(xié)調(diào)器創(chuàng)建一個新網(wǎng)絡(luò)，為新加入的設(shè)備分配短地址等。并且，網(wǎng)絡(luò)層還提供一些必要的函數(shù)，確保ZigBee的MAC層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)層要求能夠很好地完成在IEEE 802154標準

20、中MAC子層所定義的功能，同時，又要為應(yīng)用層提供適當?shù)姆?wù)接口。為了與應(yīng)用層進行更好的通信，網(wǎng)絡(luò)層中定義了兩種服務(wù)實體來實現(xiàn)必要的功能。這兩個服務(wù)實體是數(shù)據(jù)服務(wù)實體(NLDE)和管理服務(wù)實體(NLME)。網(wǎng)絡(luò)層的NLDE通過數(shù)據(jù)服務(wù)實體服務(wù)訪問點(NLDESAP)來提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，NLME通過管理服務(wù)實體服務(wù)訪問點(NLMESAP)來提供管理服務(wù)。NLME可以利用NLDE來激活它的管理工作，它還具有對網(wǎng)絡(luò)層信息數(shù)據(jù)庫(NIB)進行維護的功能。 在這個圖中直觀地給出了網(wǎng)絡(luò)層所提供的實體和服務(wù)接口等。 NLDE提供的數(shù)據(jù)服務(wù)允許在處于同一應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中的兩個或多個設(shè)備之間傳輸應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APD

21、U)。NLDE提供的服務(wù)有：產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)和選擇通信路由。選擇通信路由，在通信中，NLDE要發(fā)送一個NPDU到一個合適的設(shè)備，這個設(shè)備可能是通信的終點也可能只是通信鏈路中的一個點。NLME需提供一個管理服務(wù)以允許一個應(yīng)用來與協(xié)議棧操作進行交互。 NLME需要提供以下服務(wù)：配置一個新的設(shè)備(configuring a new device)。具有充分配置所需操作棧的能力。配置選項包括：ZigBee協(xié)調(diào)器的開始操作，加入一個現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)等。 4. 應(yīng)用層應(yīng)用層包括三部分：應(yīng)用支持子層（APS）、ZigBee設(shè)備對象（ZDO）和應(yīng)用框架（AF）。應(yīng)用支持子層的任務(wù)是提取網(wǎng)絡(luò)層的信息并

22、將信息發(fā)送到運行在節(jié)點上的不同應(yīng)用端點。應(yīng)用支持子層維護了一個綁定表，可以定義、增加或移除組信息；完成64位長地址（IEEE地址）與16位短地址（網(wǎng)絡(luò)地址）一對一映射；實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的分割與重組；應(yīng)用支持子層連接網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，是它們之間的接口。這個接口由兩個服務(wù)實體提供：APS數(shù)據(jù)實體（APSDE）和APS管理實體（APSME）。APS數(shù)據(jù)實體為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，它會拆分和重組大于最大荷載量的數(shù)據(jù)包。APS管理實體提供安全服務(wù)，節(jié)點綁定，建立和移除組地址，負責64位IEEE地址與16位網(wǎng)絡(luò)地址的地址映射4。ZigBee設(shè)備對象負責設(shè)備的所有管理工作，包括設(shè)定該設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（協(xié)

23、調(diào)器、路由器或終端設(shè)備），發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，確定這些設(shè)備能提供的功能，發(fā)起或響應(yīng)綁定請求，完成設(shè)備之間建立安全的關(guān)聯(lián)等。用戶在開發(fā)ZigBee產(chǎn)品時，需要在ZigBee協(xié)議棧的AF上附加應(yīng)用端點，調(diào)用ZDO功能以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備和服務(wù)，管理綁定、安全和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。ZDO是一個特殊的應(yīng)用對象，它駐留在每一個ZigBee節(jié)點上，其端點編號固定為0。AF應(yīng)用框架是應(yīng)用層與APS層的接口。它負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并為接收到的數(shù)據(jù)尋找相應(yīng)的目的端點。三、系統(tǒng)分析該系統(tǒng)通過具有IIC總線接口的單片全校準字式新型相對溫濕度傳感器SHT10實現(xiàn)對溫濕度的采集，將信號送至Zig Bee技術(shù)，從節(jié)點采集溫濕度

24、數(shù)據(jù)每隔一定的時間輪流向主節(jié)點發(fā)送，主節(jié)點收到數(shù)據(jù)之后通過串口將各節(jié)點的溫濕度數(shù)據(jù)傳給智能主板。具體步驟描述（1） 給職能主板供電（USB外接電源或2節(jié)干電池）；（2） 將一個無線節(jié)點模塊插入到帶 LCD 的智能主板的相應(yīng)位置；（3） 將溫濕度及光電傳感器模塊插入到智能主板的傳感及控制擴展口位置；（4） 接下來將 CC2530 仿真器的一端通過 USB 線（A 型轉(zhuǎn) B 型）連接到 PC 機，另一端通過 10Pin下載線連接到智能主板的 CC2530 JTAG 口（J203）；（5） 將智能主板上電源開關(guān)撥至開位置。按下仿真器上的按鈕，仿真器上的指示燈為綠色時，表示連接成功；（6） 使用 IA

25、R7.51 打開“OURS_CC2530LIBlib10(HumiTempLight) IAR_files”下的HumiTempLight.eww 文件，下載運行程序；（7） 觀察 LCD 上溫度、濕度和光照強度的變化；（8） 向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀察 LCD 上溫濕度數(shù)據(jù)的變化；四、詳細設(shè)計本設(shè)計是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。因此，其重點是溫濕度數(shù)據(jù)采集設(shè)計的實現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實現(xiàn)無線傳感的軟件支持，也就是Zigbee協(xié)議框架的編程。實現(xiàn)濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實現(xiàn)原理、本設(shè)計所使用的試驗箱以及軟件

26、支持、常見的無線傳感模塊以及實現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設(shè)計。實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括：Zigbee協(xié)議棧整體構(gòu)架，Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層。4.1硬件設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)溫濕度采集系統(tǒng)的硬件部分可以大體有無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實現(xiàn)原理、本設(shè)計所使用的試驗箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設(shè)計等組成。其具體內(nèi)容如下：1、無線傳感基本結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計目標方面是以數(shù)據(jù)為中心的，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因為節(jié)點通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境中，所以除了少數(shù)節(jié)點也要移動外，大部分節(jié)點是靜止不動的。在被檢測

27、區(qū)域內(nèi)，節(jié)點任意散落，節(jié)點除了需要完成感測特定的對象外，還需要進行簡單的計算，維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接等功能。并且由于能源的無法替代以及低功耗的多跳通信模式，設(shè)計無線傳感節(jié)點時，有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題，其無線傳感節(jié)點模型如下圖：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無線傳輸模塊的，傳感器采集的數(shù)據(jù)，簡單處理后經(jīng)過無線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標，觀測節(jié)點，傳感節(jié)點和感知視場是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所包括的4個基本實體對象。大量傳感節(jié)點隨機部署，單個節(jié)點進過初始的通信和協(xié)議，通過自組織方式自行配置，形成一個傳輸信息的單跳鏈接或一系列無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，

28、協(xié)同形成對目標的感知視場。傳感節(jié)點檢測的目標信號經(jīng)過傳感器本地簡單處理后通過單播或廣播以多跳的方式通過鄰近傳感節(jié)點傳輸?shù)接^測節(jié)點。用戶和遠程任務(wù)管理單元則能夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Inteernet等外部網(wǎng)絡(luò)，與觀測節(jié)點進行數(shù)據(jù)信息的交互。觀測節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請求和控制指令，接受傳感節(jié)點返回的目標信息。2、使用的試驗箱以及軟件支持物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新試驗系統(tǒng)IOV-T-2530采用系列傳感器模塊和無線節(jié)點模塊組成無線傳感網(wǎng)，擴展物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)廣域訪問，可實現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無線信號收發(fā)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊，組件控制全過程。該工具提供了無線傳感網(wǎng)通信模塊，基本的傳感器

29、及控制器模塊、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、計算機服務(wù)器參考軟件等。3、實現(xiàn)溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點模塊設(shè)計實驗系統(tǒng)包含4個無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點和一個無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其中具體情況如下：無線節(jié)點模塊：主要有射頻單片機構(gòu)成，MCU是TI的CC2530，2.4G載頻，棒狀天線。傳感器及控制模塊：包括溫濕度傳感器模塊，繼電器模塊和RS232模塊等，也可以通過總線擴展用戶自己的傳感器及控制部件。電源板或智能主板：即實現(xiàn)無線節(jié)點模塊與傳感器及控制模塊的連接，又實現(xiàn)系統(tǒng)供電。4.2 軟件設(shè)計實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集的軟件部分主要有Zig Bee 技術(shù)概述，協(xié)議棧整體架構(gòu)，Zig Bee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層，AODV路由協(xié)議等幾部分組成。而Zig

30、 Bee協(xié)議層主要包括：網(wǎng)絡(luò)層概述，網(wǎng)絡(luò)層所實現(xiàn)的功能，網(wǎng)絡(luò)層中常用的路由協(xié)議。AODV路由協(xié)議主要包括：協(xié)議概述，協(xié)議的基本原理，AODV路由協(xié)議消息控制幀。4.3 設(shè)計結(jié)構(gòu)圖1、串口通信設(shè)計程序流程圖及核心代碼：4.4 代碼1、串口通信部分代碼:/* * 函數(shù)名稱：initUART * 功能描述：CC2530 串口初始化 */ void initUART(void) PERCFG = 0x00; /位置 1 P0 口 P0SEL = 0x3c; /P0用作串口 U0CSR |= 0x80; /UART方式 U0GCR |= 11; /baud_e = 11; U0BAUD |= 216;

31、/波特率設(shè)為 115200 UTX0IF = 1; U0CSR |= 0X40; /允許接收 IEN0 |= 0x84; /uart0接收中斷 /* * 函數(shù)名稱：UartTX_Send_String * * 功能描述：串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) * * 參 數(shù)：*Data - 發(fā)送數(shù)據(jù)指針 * len - 發(fā)送的數(shù)據(jù)長度 * * 返 回 值：無 */ void UartTX_Send_String(UINT8 *Data,int len) int j; for(j=0;j<len;j+) U0DBUF = *Data+; while(UTX0IF = 0); UTX0IF = 0; /* * 函

32、數(shù)名稱：HAL_ISR_FUNCTION * * 功能描述：串口接收數(shù)據(jù)中斷函數(shù) * * 參 數(shù)：halUart0RxIsr - 中斷名稱 * URX0_VECTOR - 中斷向量 * * 返 回 值：無 */ HAL_ISR_FUNCTION( halUart0RxIsr, URX0_VECTOR ) UINT8 temp; URX0IF = 0; temp = U0DBUF; *(str + count) = temp; count+; /* * 函數(shù)名稱：main * 功能描述：串口間歇發(fā)送 字符串，當串口接收到數(shù)據(jù)后，再通過串口 * 回發(fā)出去。 */ void main() UINT8

33、 *uartch = " " UINT8 temp = 0; SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); /設(shè)置主時鐘為 32M 晶振 initUART(); /初始化串口 while(1) UartTX_Send_String(uartch,17); /發(fā)送 halWait(200); halWait(200); if(count) /判斷串口是否接收到數(shù)據(jù) temp = count; /保存接收的數(shù)據(jù)長度 halWait(50); /等待數(shù)據(jù)接收完成 if(temp =count) /判斷數(shù)據(jù)是否接收完成 UartTX_Send_String(str

34、,count); /回發(fā)接收到的數(shù)據(jù) str = 0; count = 0; 2、核心代碼及程序流程圖：代碼清單：void main() int tempera; int humidity; char s16; UINT8 adc0_value2; float num = 0; SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); / 設(shè)置系統(tǒng)時鐘源為 32MHz 晶體振蕩器 GUI_Init(); / GUI 初始化 GUI_SetColor(1,0); / 顯示色為亮點，背景色為暗點 GUI_PutString5_7(25,6,"OURS-CC2530");

35、/顯示 OURS-CC2530 GUI_PutString5_7(10,22,"Temp:"); GUI_PutString5_7(10,35,"Humi:"); GUI_PutString5_7(10,48,"Light:"); LCM_Refresh(); while(1) th_read(&tempera,&humidity); /讀取溫度和濕度 sprintf(s, (char*)"%d%d C", (INT16)(int)tempera / 10), (INT16)(int)tempera

36、 % 10); /將溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串 GUI_PutString5_7(48,22,(char *)s); /顯示結(jié)果 LCM_Refresh(); sprintf(s, (char*)"%d%d %", (INT16)(int)humidity / 10), (INT16)(int)humidity % 10); /將濕度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串 GUI_PutString5_7(48,35,(char *)s); /顯示結(jié)果 LCM_Refresh(); /* AIN0 通道采樣 */ ADC_ENABLE_CHANNEL(ADC_AIN0); / 使能 AIN0 為 ADC 輸入通道 /* 配置 ADCCON3 寄存器以便在 ADCCON1.STSEL = 11(復位默認值)且 ADCCON1.ST = 1 時進行單一轉(zhuǎn)換 */ /* 參考電壓：AVDD_SOC 引腳上的電壓 */ /* 抽取率：512 */ /* ADC 輸入通道：AIN0 */ ADC_SINGLE_CONVERSION(