基于zigbee的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，ZigBee技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于近距離傳輸?shù)臒o線通信領(lǐng)域，尤其是在工農(nóng)業(yè)控制、醫(yī)療衛(wèi)生方面日益起著越來越重要的作用。本設(shè)計(jì)意在通過ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），采用樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)加入該網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行溫度、濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳濃度的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，將此應(yīng)用于對(duì)農(nóng)業(yè)里溫室的環(huán)境檢

2、測(cè)和控制當(dāng)中，避免了有線網(wǎng)絡(luò)的布線問題和成本問題。本設(shè)計(jì)利用了一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的Web應(yīng)用程序，搭建Web服務(wù)器來動(dòng)態(tài)顯示傳感終端所采集的溫室數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ZigBee；CC2430；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；溫濕度采集</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Currently, ZigBee tec

3、hnology has been widely used in close range transmission of wireless communications is increasingly playing an increasingly important role, especially in the agricultural and industrial control, medical protection. This

4、design is intended to build a wireless sensor network (WSN), the adoption of ZigBee wireless communication technology, the use of a tree network topology, sensor nodes join the network temperature, humidity, light intens

5、ity and carbon dioxide concentration of</p><p>　　Key words: ZigBee; CC2430; wireless sensor networks; temperature acquisitio</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I&

6、lt;/b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　前 言V</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1研究的背景和意

7、義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2 國(guó)外溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2</p><p><b>　　2.系統(tǒng)分析4</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)4&

8、lt;/p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理5</p><p>　　2.3 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6</p><p><b>　　3.系統(tǒng)概述8</b></p><p>　　3.1 數(shù)字溫濕度傳感器SHT108</p><p>　　3.2 CC2430芯片10</p><p>

9、　　3.3串行通信接口RS-23212</p><p>　　3.4 顯示模塊13</p><p>　　3.5 報(bào)警模塊14</p><p>　　4.系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1.1 Zigbee節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)15</p><

10、p>　　4.1.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1.3 溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1.4 基站節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2.1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.2.2 傳感器終

11、端軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3 服務(wù)端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)27</p><p>　　4.4 遠(yuǎn)程主機(jī)端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)27</p><p><b>　　5.系統(tǒng)測(cè)試29</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)測(cè)試步驟29</p><p>　　5.2系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果29</p>

12、<p>　　5.2.1 系統(tǒng)的硬件測(cè)試29</p><p>　　5.2.2 協(xié)議棧的測(cè)試29</p><p>　　5.2.3 GPRS測(cè)試29</p><p>　　5.2.4 上位機(jī)的測(cè)試29</p><p>　　5.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析30</p><p><b>　　結(jié) 論31&l

13、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人民生活水平日益提高,冬季大棚蔬菜市場(chǎng)日漸擴(kuò)大。在利用蔬菜大棚生產(chǎn)中,溫

14、度、濕度等因素直接關(guān)系到大棚作物的生長(zhǎng),因此,對(duì)大棚溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的采集以及監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)大棚蔬菜生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)系統(tǒng)使用有線監(jiān)測(cè)設(shè)備,具有線路多、布線復(fù)雜、維護(hù)困難等缺點(diǎn),在很多特定區(qū)域無法順利使用。基于此,本文介紹了一種基于Zigbee的蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng),該系統(tǒng)利用無線通信技術(shù),無需布設(shè)任何線路,自動(dòng)組網(wǎng),成本低廉,采集及監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大,有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)蔬菜大棚環(huán)境參數(shù)采集的實(shí)時(shí)無線監(jiān)控,促

15、進(jìn)了蔬菜大棚的智能化、統(tǒng)一化管理。</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1研究的背景和意義</p><p>　　21世紀(jì)是設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)期。發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家紛紛采取措施，加大投資.大力發(fā)展智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和工廠化生產(chǎn)方式，把作物種植在一個(gè)相對(duì)封閉的空間，為作物的高效生產(chǎn)提供

16、適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，并且在任何地區(qū)，一年四季均能種植任何作物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，其特點(diǎn)表現(xiàn)為高產(chǎn)量、高品質(zhì)、環(huán)保、周年可持續(xù)生產(chǎn)。設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展加速了農(nóng)業(yè)科學(xué)推廣，對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高起到了積極的推動(dòng)作用。</p><p>　　植物的生長(zhǎng)都是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，其在生長(zhǎng)過程中受到環(huán)境中各種因素的影響，其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是環(huán)境中的溫度和濕度。環(huán)境中晝夜的溫度和濕度變化大，其對(duì)植物

17、生長(zhǎng)極為不利。因此必須對(duì)環(huán)境的溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)和控制，使其適合植物的生長(zhǎng)，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量。本系統(tǒng)就是利用價(jià)格便宜的一般電子器件來設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)精度高，控制操作方便，性價(jià)比高的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)的蔬菜大棚溫濕度采集測(cè)控系統(tǒng)。</p><p>　　溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)到一定時(shí)期，一方面對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行調(diào)控會(huì)影響作物的生長(zhǎng)，另一方面作物光合作用、蒸騰作用的改變又對(duì)室內(nèi)環(huán)境因子產(chǎn)生新的影響，從而產(chǎn)生了一種反饋?zhàn)饔脵C(jī)制

18、，而在現(xiàn)有的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)并沒有考慮到這種反饋?zhàn)饔脵C(jī)制。如果能同時(shí)對(duì)沒施內(nèi)的溫度、光照、二氧化碳濃度等進(jìn)行智能調(diào)控，并能考慮到作物反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，這種調(diào)控方式既節(jié)約資源又提高生產(chǎn)效率。研究溫室環(huán)境控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，不僅可以提高作物的產(chǎn)量和降低溫室能耗，而且對(duì)未來溫室環(huán)境調(diào)控的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.

19、1 國(guó)內(nèi)溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前溫室環(huán)境控制系統(tǒng)主要針對(duì)溫度和濕度控制進(jìn)行研究。盧佩等采用模糊控制方法，通過建立模糊控制系統(tǒng)模型和對(duì)模糊控制器的設(shè)計(jì)，引入解藕參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫濕度解耦控制，提高了溫濕度控制的精度。黃力櫟等針對(duì)溫室氣候控制方法中溫濕度之間的耦合作用，提出以溫度控制為主、濕度控制為輔的控制策略，并建立兩變量輸入、三變量輸出的控制主回路和補(bǔ)償回路模糊控制系統(tǒng)，從而為溫濕度控制提

20、供了一種行之有效的方法。鄧璐娟采用逆系統(tǒng)方法對(duì)溫室環(huán)境非線性系統(tǒng)進(jìn)行了解耦和線性化，同時(shí)對(duì)隨機(jī)的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，采用PDF控制算法和Smith預(yù)估補(bǔ)償對(duì)線性化后的系統(tǒng)進(jìn)行了綜合校正，在選擇校正后閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)考慮了非線性系統(tǒng)解耦的要求。朱虹通過對(duì)歷史溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的合理分析，將溫室的溫度控制模型近似為一階慣性加時(shí)滯環(huán)節(jié)?；谠摐囟冉颇Ｐ筒捎肸huang等中提出的時(shí)間為權(quán)誤差積到分指標(biāo)最優(yōu)的參數(shù)自整定公式來整定PID控制器參數(shù)，將整定后的

21、PID控制器應(yīng)用于溫室控制。楊澤林等通過數(shù)據(jù)挖掘，利用采集的溫室內(nèi)、外溫度及室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)對(duì)溫室狀態(tài)進(jìn)行分類，提出一種基于各類別中的溫室溫、濕度變化率相關(guān)性進(jìn)行模糊解耦控制。沈敏等考慮開關(guān)設(shè)備組合作</p><p>　　1.1.2 國(guó)外溫室測(cè)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)外的溫室環(huán)境起步較早，溫室環(huán)境控制經(jīng)過多年的發(fā)展，控制技術(shù)和理論發(fā)展到較高水平。隨著用于溫室環(huán)境控制的作物模型的

22、研究，研究人員將溫室物理模型和作物模型結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)溫室的高效生產(chǎn)。Seginer等進(jìn)行模擬研究確定溫室二氧化碳施肥的優(yōu)化措施，其方法是在建立一系列函數(shù)(作物生長(zhǎng)函數(shù)、溫室函數(shù)、設(shè)備函數(shù)及成本函數(shù))之后，進(jìn)行數(shù)值尋優(yōu)得到不同溫光水平下最優(yōu)的二氧化碳施肥量，并給出一系列圖表用于指導(dǎo)實(shí)際二氧化碳施肥操作管理；Van- Straten等利用作物的光合作用和蒸騰作用進(jìn)行溫室內(nèi)短期的優(yōu)化與控制，利用有效積溫的原理進(jìn)行溫室的長(zhǎng)期的優(yōu)化與控制，將短

23、期優(yōu)化和長(zhǎng)期優(yōu)化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)為目標(biāo)的溫室環(huán)境控制。Aaslyng等利用作物的光輻射吸收、葉片的光合作用和呼吸作用預(yù)測(cè)模型建立了溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，根據(jù)自然光照來控制溫室內(nèi)的溫度，系統(tǒng)在節(jié)省能源和由于光照減弱而導(dǎo)致的作物產(chǎn)量降低之間取得了很好的平衡?；谧魑锱c環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間尺度不同，前人把溫室作物生產(chǎn)優(yōu)化控制問題分成慢速子問題和快速子問題2個(gè)子問題。Seginer等只考慮慢速子問題，Hwang只考慮快速子問題。Van Hen

24、ten</p><p><b>　　2.系統(tǒng)分析</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源管理模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過各種類型的傳感器采集物理信息；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理操作、功耗管理以及任務(wù)管理等；數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)

25、點(diǎn)進(jìn)行無線通信，它通過ZigBee無線電波將數(shù)據(jù)傳送到路由節(jié)點(diǎn)或主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或經(jīng)過上級(jí)路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)給主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過RS 232串口將所有信息匯集傳至PC機(jī)或服務(wù)器。本系統(tǒng)的模型主要分為四塊:溫濕度的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、負(fù)責(zé)從節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)并向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、主機(jī)（服務(wù)器）以及最終的用戶。該系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

26、圖</p><p>　　該系統(tǒng)由上位機(jī)（PC）監(jiān)控端和下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集溫室大棚內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，上位機(jī)負(fù)責(zé)顯示溫濕度數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由溫濕度傳感器模塊、路由器模塊和協(xié)調(diào)器模塊組成。溫濕度傳感器模塊主要負(fù)責(zé)采集、存儲(chǔ)和上傳溫濕度信息。路由器模塊主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)溫濕度信息。協(xié)調(diào)器模塊主要完成溫濕度數(shù)據(jù)的匯聚。下位機(jī)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和上位機(jī)

27、之間通過RS-232串口進(jìn)行通信。當(dāng)監(jiān)測(cè)大棚溫濕度信 息時(shí)，首先通過上位機(jī)端監(jiān)控軟件設(shè)置好波特率和串口號(hào)等參數(shù)，然后協(xié)調(diào)器開始組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)路由器節(jié)點(diǎn)和溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)開始加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)。分布在各個(gè)大棚內(nèi)的溫濕度傳感模塊開始采集溫濕度信息，并存儲(chǔ)在Flash中，通過單跳或者多跳的方式發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)監(jiān)控端接收到溫濕度信息后，把各個(gè)大棚內(nèi)的溫濕度信息顯示出來。當(dāng)溫濕度信息異常時(shí)，在監(jiān)控端會(huì)有異常提示，以便及時(shí)處理。各

28、個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)每隔一定的時(shí)間采集一次它周圍的溫濕度，并將溫濕度數(shù)據(jù)通過臨近節(jié)點(diǎn)或直接傳給基站核心板上；基站核心板負(fù)責(zé)收集從各個(gè)幾點(diǎn)上傳來的數(shù)據(jù)，并通過串口轉(zhuǎn)傳到服務(wù)器端上</p><p>　　以下是對(duì)這幾部分功能的詳細(xì)介紹：</p><p>　　1、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)：本系統(tǒng)中該環(huán)節(jié)主要是通過CC2430集成的暴露在空氣中的溫濕度傳感器來采集菜蔬大棚里空氣的溫濕度，將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，

29、并通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將這些采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)并不是多對(duì)一的傳輸關(guān)系，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，也可以接受來自鄰近節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給基站節(jié)點(diǎn)，從而擴(kuò)大了測(cè)量的距離，解決了無線測(cè)量范圍有限的難題。</p><p>　　2、基站：基站作為本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，它需要完成收集從自己網(wǎng)內(nèi)各個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)(也可以稱作服務(wù)器上)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而為上層用戶提

30、供查詢等服務(wù)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)?；疽彩且粔KCC2430的增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式核心板，它在組網(wǎng)中的序號(hào)必須是01號(hào)，否則將接受不到數(shù)據(jù)。</p><p>　　3、服務(wù)器端：服務(wù)器端通過串口線將從基站收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程主機(jī)端，從而為上層軟件的設(shè)計(jì)、用戶的使用提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。本系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)是在服務(wù)器端建立一個(gè)軟件系統(tǒng)來管理這些數(shù)據(jù)。</p><p>　　4、

31、遠(yuǎn)程用戶端：該部分主要負(fù)責(zé)從服務(wù)器端收集數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在自己的數(shù)據(jù)庫中，并以此為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)為用戶提供數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)在該軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收的控制、溫濕度數(shù)據(jù)的顯示、歷史數(shù)據(jù)的查詢、刪除、溫濕度的自報(bào)警以及系統(tǒng)用戶等的管理。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　該檢測(cè)系統(tǒng)充分利用ZigBee技術(shù)的軟、硬件資源,輔以相應(yīng)的測(cè)量電路和SHT10數(shù)字式集成溫濕度傳感器等智能儀

32、器,能實(shí)現(xiàn)多任務(wù)、多通道的檢測(cè)和輸出。并且通過RS232接口實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的連接,進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)及打印輸出等。它具有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高等特點(diǎn),前端測(cè)量用的傳感器類型可在該基礎(chǔ)上修改為其他非電量參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)采用SHT10為溫濕度測(cè)量元件。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性,經(jīng)過一定的添加或改造,很容易增加功能。根據(jù)溫室大棚內(nèi)的溫濕度、土壤水分、土壤溫度等傳感器采集到的信息，利用串口通信RS-232將傳感

33、器信息發(fā)送給上位計(jì)算機(jī)，然后再接到上位計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示，報(bào)警，查詢。監(jiān)控中心將收到的采樣數(shù)據(jù)以表格形式顯示和存儲(chǔ)，然后將其與設(shè)定的報(bào)警值相比較，若實(shí)測(cè)值超出設(shè)定范圍，則通過屏幕顯示報(bào)警或語音報(bào)警，并打印記錄。與此同時(shí)，監(jiān)控中心可向現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)出控制指令，監(jiān)測(cè)儀根據(jù)指令控制風(fēng)機(jī)、水泵、等設(shè)備進(jìn)行降溫除濕，以保證大棚內(nèi)作物的生長(zhǎng)環(huán)境。監(jiān)控中心也可以通過報(bào)警指令來啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀上的聲光報(bào)警裝置，通知大棚管理人員采取相應(yīng)措施來確保大棚內(nèi)的環(huán)境正

34、常。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)及其基站節(jié)點(diǎn)是一組安放在蔬菜大棚實(shí)地內(nèi)的傳感器和無線通信模塊的終端集合。主要是負(fù)責(zé)大棚內(nèi)空氣的溫濕度的數(shù)據(jù)采集，并接收從基站發(fā)來的指令，定時(shí)通過無線模塊將本節(jié)點(diǎn)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸給基站節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　1、數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)是定時(shí)的(默認(rèn)設(shè)置成10S采集一次溫濕度數(shù)據(jù))采集數(shù)據(jù)，

35、這個(gè)時(shí)間間隔可以是網(wǎng)絡(luò)中的基站向溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送重新設(shè)置時(shí)間間隙的控制命令來完成設(shè)置的。PPP(Point-to-Point Protocol)協(xié)議是在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中基站節(jié)點(diǎn)功能所要用到的技術(shù)。PPP協(xié)議是為在同等單元之間傳輸數(shù)據(jù)包這樣的簡(jiǎn)單鏈路設(shè)計(jì)的鏈路層協(xié)議。這種鏈路提供全雙工操作，并按照順序傳遞數(shù)據(jù)包。設(shè)計(jì)目的主要是用來通過撥號(hào)或?qū)＞€方式建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接發(fā)送數(shù)據(jù)，使其成為各種主機(jī)、網(wǎng)橋和路由器之間簡(jiǎn)單連接的一種共通的解決方案。

36、傳感器應(yīng)用了其技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接力傳送，從而提高了網(wǎng)絡(luò)通信的效率。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)主要由電源模塊、處理器模塊、溫濕度傳感器收集模塊和無線通信模塊4個(gè)模塊構(gòu)成的：</p><p>　?。?）電源：采用兩節(jié)1.5V的紐扣電池組成的3V直流電為整個(gè)系統(tǒng)供電。</p><p>　?。?）處理器模塊和無線通信模塊：采用增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CC2430核心板，

37、它是加強(qiáng)版的Zigbee模塊。</p><p>　?。?）溫濕度傳感器收集模塊：采用CC2430核心板集成溫濕度傳感器SHT10。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的硬件框圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 為數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)硬件框架圖</p><p>　　2、溫濕度采集節(jié)點(diǎn)也是基于Zigbee通信協(xié)議的終端設(shè)備。Zigbee的基礎(chǔ)

38、是IEEE 802.15.4,但I(xiàn)EEE僅處理低級(jí)MAC層和物理層協(xié)議，因此Zigbee聯(lián)盟擴(kuò)展了IEEE，對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。與其他無線標(biāo)準(zhǔn)802.11或802.16不同，Zigbee以250Kbps的最大傳輸速率承載有限的數(shù)據(jù)流量。它滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型，主要包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。Zigbee是一種新興的短距離、低速率、低功耗的無線可自組的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。主要用于近距離無線連接。在數(shù)千

39、個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以它們的通信效率非常高。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)概述</b></p><p>　　3.1 數(shù)字溫濕度傳感器SHT10</p><p>　　1、SHT10的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　

40、　SHT10是瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的高度集成數(shù)字式溫濕度傳感器，體積微小、功耗極低，由于采用了CMOSensR技術(shù)，從而可確保器件具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。</p><p>　　該傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)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(shí)現(xiàn)無縫連接。生產(chǎn)過程中，每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中

41、進(jìn)行標(biāo)定，以鏡面冷凝式濕度計(jì)為參照，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，在標(biāo)定的過程中使用。SHT10傳感器的濕度測(cè)量范圍為0~100％RH，濕度測(cè)量精度為±4.5％RH20到80％RH，濕度測(cè)量分辨率為0.03％RH；溫度測(cè)量范圍為-40～+123.8℃，溫度測(cè)量精度為±0.5℃（25℃時(shí)），溫度測(cè)量分辨率為0.01℃?？蓪?shí)現(xiàn)寬范圍的溫濕度測(cè)量。SHT10默認(rèn)的測(cè)量分辨率分別是溫度14位、濕度12位，也可以通過修

42、改傳感器的8位狀態(tài)寄存器的“1”將分辨率分別降至12位和8位，通常在高速或最低位為超低功耗的應(yīng)用中采用低分辨率。其中傳感器SHT10的原理圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 傳感器SHT10的原理圖</p><p><b>　　2、引腳說明</b></p><p>　　a.電源引腳（VDD、GND） </p><

43、;p>　　SHT10的供電電壓為2.4V～5.5V。傳感器上電后，要等待11ms，從“休眠”狀態(tài)恢復(fù)。在此期間不發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD和GND）之間可增加1個(gè)100nF的電容器，用于去耦濾波。</p><p><b>　　b.串行接口</b></p><p>　　SHT10的兩線串行接口（bidirectional 2-wire）在傳感器信號(hào)讀取和電源功

44、耗方面都做了優(yōu)化處理，其總線類似I2C總線但并不兼容。</p><p>　?、俅袝r(shí)鐘輸入（SCK）。SCK引腳是MCU與SHTIO之問通信的同步時(shí)鐘，由于接口包含了全靜態(tài)邏輯，因此沒有最小時(shí)鐘頻率。即微控制器可以以任意慢的速度與SHT10通信。</p><p>　?、诖袛?shù)據(jù)（DATA）。DATA三態(tài)引腳是內(nèi)部的數(shù)據(jù)的輸出和外部數(shù)據(jù)的輸入引腳。DATA在SCK時(shí)鐘的下降沿之后改變狀態(tài)，并

45、在SCK時(shí)鐘的上升沿有效。即微控制器可以在SCK的高電平段讀取有效數(shù)據(jù)。在微控制器向SHT10傳輸數(shù)據(jù)的過程中，必須保證數(shù)據(jù)線在時(shí)鐘線的高電平段內(nèi)穩(wěn)定。為了避免信號(hào)沖突，微控制器僅將數(shù)據(jù)線拉低，在需要輸出高電平的時(shí)候，微控制器將引腳置為高阻態(tài)，由外部的上拉電阻(例如; 10kΩ)將信號(hào)拉至高電平。</p><p>　　為避免數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，MCU應(yīng)該驅(qū)動(dòng)DATA使其處于低電平狀態(tài)，而外部接1個(gè)上拉電阻將信號(hào)拉至高電

46、平。</p><p><b>　　3、發(fā)送命令</b></p><p>　　用一組“ 啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?，隨后是在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高電平。</p><p>　　4、測(cè)量時(shí)序(RH和T)</p><p>　　發(fā)布一

47、組測(cè)量命令（‘00000101’表示相對(duì)濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過程需要大約20/80/320ms，分別對(duì)應(yīng)8/12/14bit測(cè)量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多可能有-30%的變化。SHT10通過下拉DATA至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束。控制器在再次觸發(fā)SCK時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)

48、。</p><p>　　接著傳輸2個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和1個(gè)字節(jié)的CRC奇偶校驗(yàn)。UC需要通過下拉DATA為低電平，以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從MSB開始，右值有效（例如：對(duì)于12bit數(shù)據(jù)，從第5個(gè)SCK時(shí)鐘起算作MSB；而對(duì)于 8bit數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。用CRC數(shù)據(jù)的確認(rèn)位，表明通訊結(jié)束。如果不使用CRC-8校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值LSB后，通過保持確認(rèn)位ack高電平，來中止通訊。在測(cè)量和通訊結(jié)束后，SHT

49、10自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。</p><p>　　警告：為保證自身溫升低于0.1℃，SHT10的激活時(shí)間不要超過10%（例如，對(duì)應(yīng)12bit精度測(cè)量，每秒最多進(jìn)行2次測(cè)量）。</p><p>　　3.2 CC2430芯片</p><p>　　1、CC2430芯片簡(jiǎn)介 CC2430芯片以強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支

50、持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)很高的認(rèn)可。它結(jié)合Chipcon公司全球先進(jìn)的ZigBee協(xié)議、工具包和參考設(shè)計(jì)，展示了領(lǐng)先的ZigBee解決方案。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、工控系統(tǒng)和無線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，同時(shí)也適用于ZigBee之外2.4 GHz頻率的其他設(shè)備。其引腳示意圖如圖3-2所示。 CC2430包含一個(gè)增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器內(nèi)核，運(yùn)行時(shí)鐘32MHz。 CC2430包含一個(gè)DMA控制器。8K字節(jié)靜態(tài)RAM，其中

51、的4K字節(jié)是超低功耗SRAM。32K，64K或128K字節(jié)的片內(nèi)Flash塊提供在電路可編程非易失性存儲(chǔ)器。</p><p>　　CC2430集成了4個(gè)振蕩器用于系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)操作：一個(gè)32MHz晶體振蕩器，一個(gè)16MHz RC-振蕩器，一個(gè)可選的32.768kHz晶體振蕩器和一個(gè)可選的32.768kHz RC 振蕩器。CC2430也集成了用于用戶自定義應(yīng)用的外設(shè)。一個(gè)AES協(xié)處理器被集成在CC2430之中，用來

52、支持IEEE 802.15.4 MAC 安全所需的（128位關(guān)鍵字）AES的運(yùn)行，以盡可能少的占用微控制器。中斷控制器為總共18個(gè)中斷源提供服務(wù)，他們中的每個(gè)中斷都被賦予4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。調(diào)試接口采用兩線串行接口，該接口被用于在電路調(diào)試和外部Flash編程。I/O控制器的職責(zé)是21個(gè)一般I/O口的靈活分配和可靠控制。</p><p>　　圖3-2 CC2430芯片引腳示意圖</p><

53、p>　　CC2430包括四個(gè)定時(shí)器：一個(gè)16位MAC定時(shí)器，用以為IEEE 802.15.4的CSMA-CA算法提供定時(shí)以及為IEEE 802.15.4的MAC層提供定時(shí)。一個(gè)一般的16位和兩個(gè)8位定時(shí)器，支持典型的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能，例如，輸入捕捉、比較輸出和PWM功能。</p><p>　　CC2430內(nèi)集成的其他外設(shè)有: 實(shí)時(shí)時(shí)鐘；上電復(fù)位；8通道，8－14位ADC；可編程看門狗；兩個(gè)可編程USART，用

54、于主/從SPI或UART操作。</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(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的一系列IEEE 802.15.4 MAC協(xié)議，以減輕微控制器的負(fù)擔(dān)。這包括：自動(dòng)前導(dǎo)幀發(fā)生器、同步字插入/檢測(cè)、CRC-16校驗(yàn)、CCA、信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)/數(shù)字RSSI、連接品質(zhì)指示(LQI) 和CSMA/CA協(xié)處理器。</p><p>　　2、CC2430芯片的主要

55、特點(diǎn)</p><p>　　CC2430 芯片延用了以往CC2420 芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051），具有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(gè)定時(shí)器（Timer）、AES128 協(xié)同處理器、看門狗定時(shí)器（Watchdog timer）、32 kHz 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(Powe

56、r On Reset)、掉電檢測(cè)電路(Brown out detection)，以及21個(gè)可編程I/O引腳。</p><p>　　CC2430 芯片采用0.18μm CMOS 工藝生產(chǎn),在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低 于27mA 或25mA。CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(zhǎng)的應(yīng)用。</p><p>　　3.3串行通信接口RS-23

57、2</p><p><b>　　1、電氣特性</b></p><p>　　RS-232采用負(fù)邏輯在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=一5～15V邏輯0(SPACE)=+5～+15VRS-232的主要電氣特性為：帶3—7k歐姆負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平：邏輯“1”：一5～ 一12V；邏輯“0“：+5～ +12V。不帶負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器的輸出電平： 一25～+25V。驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換

58、速率：<30V／，L 。接收器輸入阻抗：3～7K歐姆之間。接收器輸入電壓的允許范圍：一25～ +25V。最大負(fù)載電容：2500PF。</p><p><b>　　2、電平轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　RS-232是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與1vrL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的1vrL器件連接，必須在EIA-RS-232與1

59、vrL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)變換的方法目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN．75150芯片可完成1vrL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75 154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到1vrL電平的轉(zhuǎn)換，MAX232芯片可完成1vrL一IA雙向電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片的轉(zhuǎn)換口，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的RS-232轉(zhuǎn)換芯片。芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS-232接口所需的

60、7;10V電壓，最大的好處是工作電壓為+5V，不需要額外電源。</p><p><b>　　3.4 顯示模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)中所需要顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，采用一般液晶顯示器即可滿足系統(tǒng)需求，綜合成本及效果考慮決定采用市場(chǎng)上使用廣泛的LCD1602液晶顯示模塊。如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 LCD1602液晶顯

61、示模塊原理圖 </p><p>　　1、特性：（1）工作電源：5V 亮度可調(diào)；（2）內(nèi)部控制：HD44780；（3）支持LCD的一般控制命令；（4）字符發(fā)生器ROM：160個(gè)5×7點(diǎn)陣字型；（5）顯示數(shù)據(jù)寄存RAM:80Byte；（6）用戶自定義字型RAM：8個(gè)5×7點(diǎn)陣字型；</p><p><b>　　2、引腳說明</b></p>

62、<p>　　VSS\VDD: 工作電源和地；</p><p>　　VEE: 輝度調(diào)節(jié)端；</p><p>　　RS: 寄存器片選信號(hào)接口；</p><p>　　R/W: 讀寫信號(hào)控制接口；</p><p><b>　　E : 使能信號(hào)；</b></p><p>　　D0～D7: 8位數(shù)

63、據(jù)I/O口。</p><p><b>　　3、控制方式</b></p><p>　　LCD內(nèi)部可看成兩組寄存器，指令寄存器與數(shù)據(jù)寄存器，選擇信號(hào)由RS引腳控制，RS=0，指向指令寄存器，此時(shí)的讀為讀標(biāo)志位，寫則是寫入指令到控制寄存器。對(duì)LCD的一切操作都必須在內(nèi)部忙標(biāo)志位為‘0’的情況下有效。確認(rèn)本次操作置E為‘1’；RS=1,操作指向數(shù)據(jù)寄存器，讀寫的對(duì)象都是內(nèi)部R

64、AM。在使用LCD之前應(yīng)對(duì)其先初始化，可從以下幾個(gè)方面入手：選定LCD的顯示功能；設(shè)定LCD顯示模式； 設(shè)定顯示字符的進(jìn)入方式；清屏。</p><p><b>　　3.5 報(bào)警模塊</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。簡(jiǎn)

65、單易懂，還易用音樂作為其報(bào)警聲音，所以選擇用電磁式蜂鳴器作為本次設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)。如圖3-4所示。</p><p>　　電磁式蜂鳴器工作原理：</p><p>　　（1）電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。</p><p>　　（2）接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期

66、性的振動(dòng)發(fā)聲。</p><p>　　圖3-4 蜂鳴器報(bào)警電路 </p><p><b>　　系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　早期對(duì)蔬菜大棚內(nèi)溫濕度的監(jiān)控是采用手工控制的，通過長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)蔬菜大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況的記錄等形成的依據(jù)，直接對(duì)大棚的溫濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使給大棚里的作物一個(gè)適宜生長(zhǎng)的環(huán)境。而基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的蔬菜大

67、棚監(jiān)控系統(tǒng)可以節(jié)省一定的人力資源，將收集到的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)置的上下限進(jìn)行對(duì)比，將準(zhǔn)確的進(jìn)行報(bào)警，通知相關(guān)人員進(jìn)行處理。相比于人工管理階段，本系統(tǒng)一定程度上提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 Zigbee節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖4-1示，主要由CC2430射頻芯片和傳感器構(gòu)成。

68、</p><p>　　圖4-1 ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　CC2430芯片整合了高性能2.4 GHz DSSS（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器內(nèi)核和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 MCU，還包括了8 KB的SDRAM、128 KB的Flash，是一種片上系統(tǒng)（SOC）解決方案。將相應(yīng)的傳感器與CC2430的I／O引腳連接，可測(cè)得所需的溫室環(huán)境參數(shù)，并通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸

69、。</p><p>　　本文總體硬件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)針對(duì)主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。主協(xié)調(diào)器的硬件系統(tǒng)中包括CC2430通信模塊、鍵盤電路模塊、串口轉(zhuǎn)USB模塊、液晶顯示模和電源電路模塊等。主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的主要功能是負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的消息，并向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)控制信息，同時(shí)與Pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。其中串口轉(zhuǎn)USB模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換CC2430模塊與PC機(jī)的通信信號(hào)；液晶顯示模塊負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)的指示；電源模塊通常采

70、用持續(xù)電力供電，為主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。根據(jù)氣象采集系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)各部分電路，包括無線傳輸模塊、CC2430接口模塊、復(fù)位電路模塊、電源電路模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、擴(kuò)展電路模塊及外圍電路。如圖4-2所示為主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件組成圖。</p><p>　　圖4-2 主協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件組成圖</p><p>　　4.1.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)</p><p

71、>　　傳感器節(jié)點(diǎn)是由無線收發(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芯片本身帶有溫度傳感器，因而本實(shí)驗(yàn)直接采用了CC2430的內(nèi)置溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度。但是該溫度傳感器的精度有限，如果要求更高的精度，可以擴(kuò)展出一個(gè)溫濕度傳感器，如SHT10。</p><p>　　傳感器終端設(shè)備由RF收發(fā)模塊、傳感器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊組成。其中執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)模塊主要是由繼電器電路組成，而傳

72、感器模塊由數(shù)字溫度傳感器DS18B20、數(shù)字濕度傳感器SHT21、微型數(shù)字二氧化碳傳感器S-100及TSL230B光照強(qiáng)度／頻率傳感芯片組成，而RF收發(fā)模塊使用的是TI公司提供的CC2430無線收發(fā)模塊，具體電路原理如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 基于CC2430芯片的RF收發(fā)模塊電路圖</p><p>　　下面對(duì)每個(gè)部分的功能和指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)介紹：</p>&

73、lt;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(hù)，和節(jié)點(diǎn)之間綁定的建立，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總，然后以有線的方式傳送到上位機(jī)軟件，進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計(jì)采用RS-232串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。</p><p>　　(2)溫度采集終端：即節(jié)點(diǎn)，放置在需要采集溫度的地方。溫度采集終端可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的加入、與協(xié)調(diào)器綁定的建立、溫度的檢測(cè)。檢測(cè)到的溫度通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到

74、協(xié)調(diào)器。</p><p>　　(3)上位機(jī)：位于監(jiān)控室，完成對(duì)所采集溫度的匯總與顯示。采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存到文檔中，同時(shí)以折線圖的形式實(shí)時(shí)反映出溫度的變化趨勢(shì)，使其更為直觀。</p><p>　　4.1.3 溫濕度數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)按功能模塊劃分可分為：無線通信模塊和溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊。</p><p><

75、;b>　?。?）無線通信模塊</b></p><p>　　CC2430是一塊符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的片上Zigbee芯片。它的無線通信模塊的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)之間是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。其數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)流程圖</p><p>　　在系統(tǒng)啟動(dòng)，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)開啟后，并完成初始化工作

76、后，節(jié)點(diǎn)將開始搜索其無線范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息。由于Zibgee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)具有路由轉(zhuǎn)發(fā)的功能，所以節(jié)點(diǎn)之間也可以互發(fā)數(shù)據(jù)，直至將源數(shù)據(jù)發(fā)送到最終的基站節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　(2) 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　溫濕度采集模塊式采用溫濕度傳感器SHT10。SHT10是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無

77、縫結(jié)合。SHT10與CC2430連接電路原理圖如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 CC2430與SHT10連接電路原理圖</p><p>　　該傳感器由1個(gè)能隙式測(cè)溫元件、1個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件、1個(gè)14位A/D轉(zhuǎn)換器和1個(gè)2-wire數(shù)字接口組成，使得該產(chǎn)品具有體積小、精度高、功耗低、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。而且SHT10 數(shù)字式傳感器具有類似I2C總線數(shù)字接口的通信方

78、式與CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)在上電后，經(jīng)過11ms后，SHT10會(huì)從休眠狀態(tài)恢復(fù)到等待狀態(tài)；接著發(fā)送一組“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟ぷ?然后發(fā)送一組測(cè)量命令（其中相對(duì)濕度RH量的時(shí)序命令為“0000 0101”，攝氏溫度T量的時(shí)序命令為“0000 0011”）開始測(cè)量周圍的溫濕度量，等待測(cè)量結(jié)束（大約需要20/80/320ms對(duì)應(yīng)其8/12/14位的時(shí)間）；最后SHT10將

79、下拉DATA到低電平（進(jìn)入空閑模式）表示測(cè)量結(jié)束了，并傳入一個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)并開始接收數(shù)據(jù)。圖4-5為溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊流程圖。</p><p>　　圖4-6 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊流程圖</p><p>　　其中產(chǎn)生啟動(dòng)傳輸時(shí)序的程序片段如下：</p><p><b>　　//相關(guān)其他的代碼</b></p><p>&l

80、t;b>　　……</b></p><p><b>　　P1_1=1；</b></p><p><b>　　P1_0=1；</b></p><p><b>　　wait(1)；</b></p><p><b>　　P1_1=0；</b>&l

81、t;/p><p><b>　　wait(1)；</b></p><p><b>　　P1_0=0；</b></p><p><b>　　wait(1)；</b></p><p><b>　　P1_0=1；</b></p><p><

82、;b>　　wait(1)；</b></p><p><b>　　P1_1=1；</b></p><p><b>　　wait(1)；</b></p><p><b>　　P1_0=0；</b></p><p><b>　　……</b>&l

83、t;/p><p><b>　　//其他相關(guān)代碼</b></p><p>　　4.1.4 基站節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1. ZigBee技術(shù)概述</p><p>　　ZigBee是一種新型的短距離、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)速率和低復(fù)雜度的無線通信技術(shù)。ZigBee的名字來源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式，蜜蜂通過跳

84、ZigZag形狀的舞蹈來分享新發(fā)現(xiàn)的食物源的位置、距離和方向等信息。借此來寓意ZigBee的特點(diǎn)。ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它有自己的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從 一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以通信效率非常高。</p><p>　　IEEE于2000年12月成立了802.15.4小組，負(fù)責(zé)制定了介

85、質(zhì)接入控制層(MAC)和物理層(PHY)規(guī)范，于2003年5月通過IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，這是ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作為IEEE802.15.4(ZigBee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　ZigBee 聯(lián)盟成立于2002年8月，由英國(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉(現(xiàn)Freescale)公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司組成。四大巨頭共同宣布加盟ZigBee聯(lián)盟，負(fù)責(zé)提供網(wǎng)絡(luò)層

86、和應(yīng)用層的框架設(shè)計(jì)，并研發(fā)名為ZigBee的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee技術(shù)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它提供互操作性，從而使不同廠商之間的設(shè)備能夠相互進(jìn)行通信，并為系統(tǒng)集成商和客戶提供靈活的購買選擇，還可以降低原始設(shè)備廠商(OEM)的成本。目前世界大型IT 公 司不斷推出自己的ZigBee解決方案，比較著名的有Freescale公司、Microchip公司、Chipcon公司（現(xiàn)在TI的子公司）等。美國(guó)和歐洲引領(lǐng)了ZigBee技術(shù)的發(fā)展前沿，韓

87、國(guó)、日本也紛紛研制出ZigBee 的相關(guān)開發(fā)套件和解決方案。國(guó)內(nèi)也有很多著名的研究所和知名院校也加入到該領(lǐng)域的研究工作中來，其中寧波研究所己經(jīng)研制出2.4GHz的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，一些公司和研究機(jī)構(gòu)也紛紛推出自己的ZigBee開發(fā)套件，可以預(yù)計(jì)，在未來的幾年里，ZigBee 技術(shù)將是通信領(lǐng)域研究和開發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　2. ZigBee技術(shù)可以彌補(bǔ)其它短距離無線通信技術(shù)的缺

88、陷，它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)數(shù)據(jù)傳輸速率低。ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率，一般在10kb/s～250kb/s，非常適合于于低傳輸速率應(yīng)用。</p><p>　　(2)功耗低。由于工作周期很短，收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此在通常情況下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池支持節(jié)點(diǎn)工作長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的時(shí)間，從而避免充電和頻繁更換電池。這是ZigBee技術(shù)最引以為豪的獨(dú)

89、特優(yōu)勢(shì)。</p><p><b>　　(3)協(xié)議簡(jiǎn)單。</b></p><p>　　(4)低成本。由于ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡(jiǎn)單和較小的存儲(chǔ)空間，所以大大降低了成本。每片芯片的價(jià)格一般在2～3 美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。</p><p>　　(5)網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納最多254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一

90、個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100 個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　(6)工作頻段靈活。ZigBee使用的頻段分別為2.4GHz、868MHz（歐洲）、915MHz（美國(guó)），均為免執(zhí)照頻段，這樣也降低了成本。</p><p>　　(7)傳輸可靠性高。ZigBee采用了CSMA-CA碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用完全

91、確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，才可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包，這樣有效的保證了傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。</p><p>　　(8)安全性高。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。</p><p>　　(9)時(shí)延短。針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為

92、30ms，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms，這對(duì)某些時(shí)間敏感的信息至關(guān)重要，而且時(shí)延縮短后節(jié)省了能量消耗。</p><p>　　(10)網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)。ZigBee的自組織功能指無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；ZigBee自愈功能指能夠增加、刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動(dòng)或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行

93、相應(yīng)地調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個(gè)系統(tǒng)仍然能正常工作；ZigBee技術(shù)的傳輸速率雖然只有250kbps，但完全可以滿足傳輸撓度數(shù)據(jù)的需求。ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備相對(duì)于其它短距離無線通信技術(shù)來說是最多的，傳輸距離較遠(yuǎn)并且費(fèi)用、功耗最低，因此將ZigBee無線通信技術(shù)應(yīng)用于組建橋梁撓度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。</p><p>　　3. ZigBee網(wǎng)絡(luò)配置</p><p>　　（1） Zig

94、Bee設(shè)備功能類型</p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)的基本成員即“設(shè)備”，按照功能的不同可分為兩類：全功能設(shè)備FFD(Full Function Device)和精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD(Reduced Funetion Deviee)。全功能設(shè)備(FFD)是具有轉(zhuǎn)發(fā)與路由能力的節(jié)點(diǎn)。它擁有足夠的存儲(chǔ)空間來存放路由信息，其處理控制能力也相對(duì)較強(qiáng)。FFD可作為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備，支持任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。精簡(jiǎn)功能設(shè)備(

95、RFD)只能接收和發(fā)送信號(hào)，其內(nèi)存小、功耗低、功能簡(jiǎn)潔，在網(wǎng)絡(luò)中只能作為終端設(shè)備使用。</p><p>　　FFD可以和FFD、RFD通信；而RFD只能和FFD通信，RFD 之間的通信只能通過FFD轉(zhuǎn)發(fā)。FFD不僅可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，還具備路由器的功能。RFD的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，例如在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，它們只負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給其父節(jié)點(diǎn)，并不具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)等功能。就成本而言，RFD由于功能簡(jiǎn)單、存

96、儲(chǔ)容量小，因此RFD相對(duì)于FFD具有較低的成本。</p><p>　?。?）ZigBee設(shè)備節(jié)點(diǎn)類型</p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)設(shè)備所處的角色不同定義了三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器 (Coordinator)、路由器(Router)和終端設(shè)備(End Device)。</p><p>　　a、ZigBee 協(xié)調(diào)器是三類設(shè)備中最為復(fù)雜的一種。它的存儲(chǔ)容量最

97、大、計(jì)算能力最強(qiáng)，因此必須是全功能設(shè)備FFD，并且一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)PAN(Personal Area Network)中也只能存在一個(gè)協(xié)調(diào)器。ZigBee 協(xié)調(diào)器在運(yùn)行之前需要配置相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，供后面使用。上電后ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行初始化，首先掃描信道，選擇合適的信道，然后建立起自己的網(wǎng)絡(luò)，允許其它設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。工作狀態(tài)下，ZigBee協(xié)調(diào)器不但要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而且還需要管理網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的加入和離開，建立不同設(shè)備之間

98、的相關(guān)綁定信息，并處理各種設(shè)備和服務(wù)查詢請(qǐng)求。</p><p>　　b、ZigBee路由器也是一個(gè)全功能設(shè)備FFD。它類似于IEEE802.15.4 定義的協(xié)調(diào)器。ZigBee路由器上電后，應(yīng)當(dāng)加入或重新加入網(wǎng)絡(luò)。如果是加入新網(wǎng)絡(luò)，它需要掃描信道，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)加入；如果是重新加入網(wǎng)絡(luò)，它需要掃描信道查找父設(shè)備。在加入網(wǎng)絡(luò)后它就自動(dòng)獲得一個(gè)16位網(wǎng)絡(luò)地址，并允許在其通信范圍內(nèi)的其它節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還具有路

99、由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，路由節(jié)點(diǎn)只有在簇樹網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在。</p><p>　　c、ZigBee終端設(shè)備可以由簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD或者全功能設(shè)備FFD構(gòu)成。其主要負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通信，并從父節(jié)點(diǎn)處獲得網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和短地址信息，具體的信息路由則全部由其父節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點(diǎn)完成。</p><p>　　4、ZigBee的工作模式</

100、p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作模式可以分為信標(biāo)(Beacon)模式和非信標(biāo)(Non-beacon)模式兩種。信標(biāo)模式可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，以達(dá)到最大限度地節(jié)省功耗，而非信標(biāo)模式只允許ZE進(jìn)行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器設(shè)備長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。</p><p>　　5、IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和Zigbee協(xié)議介紹</p><p>　　I

101、EEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì))無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是Zigbee的技術(shù)基礎(chǔ)。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的制定是為低能耗的簡(jiǎn)單設(shè)備提供有效覆蓋范圍在10m之內(nèi)的低速連接，用于無線監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制等消費(fèi)與商用應(yīng)用領(lǐng)域。IEEE802.15.4支持兩種的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即單跳星狀或當(dāng)通信線路超過10 m時(shí)的多跳

102、對(duì)等拓?fù)洹５菍?duì)等拓?fù)涞倪壿嫿Y(jié)構(gòu)由網(wǎng)絡(luò)層定義。LR-WPAN中的器件既可以使用64位IEEE地址，也可以使用在關(guān)聯(lián)過程中指配的16位短地址。一個(gè)IEEE802.15.4網(wǎng)最多可以容納216個(gè)器件。</p><p>　　IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)最重要的特點(diǎn)是低功耗。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中用電池供電的嵌入式器件，經(jīng)常的更換電池所產(chǎn)生的費(fèi)用往往比器件本身的成本還要高。所以在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的制定中，在數(shù)據(jù)傳輸過程

103、中引入了節(jié)省功率的機(jī)制。多數(shù)機(jī)制是基于信標(biāo)使能的方式，主要是限制器件或協(xié)調(diào)器之收發(fā)信機(jī)的開通時(shí)間，或者在無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使它們處于休眠狀態(tài)用設(shè)備的功耗量。</p><p>　　IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)里有三種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式從而突出了低功耗的特點(diǎn)：間接數(shù)據(jù)傳輸、直接數(shù)據(jù)傳輸和有時(shí)隙保證的數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　Zigbee網(wǎng)絡(luò)是一種高可靠性的無線數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可工作在三種流行的

104、免費(fèi)頻段上(如全球流行的2.4GHz、美國(guó)流行的915 MHz 和歐洲流行的868MHz)。其傳輸速率分別可以達(dá)到250kbit/s、40kbit/s和20kbit/s。</p><p>　　Zigbee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。并由Zigbee Alliance和IEEE 802.15.4小組共同制定了Zigbee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。<

105、/p><p>　　Zigbee棧體系結(jié)構(gòu)由一組稱為層的塊兒組成。每個(gè)層為上層執(zhí)行指定一套服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體提供所有其它服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為上層提供一個(gè)接口，每個(gè)SAP支持一些服務(wù)原語來完成必須的功能。</p><p>　　Zigbee網(wǎng)絡(luò)層（NWK）支持星形、樹狀形和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)。在星狀形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)獨(dú)立的通信設(shè)備Zi

106、gbee協(xié)調(diào)器來進(jìn)行控制。Zigbee協(xié)調(diào)器的功能主要是負(fù)責(zé)對(duì)已連入網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和維護(hù)。在樹狀形拓?fù)浜途W(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里，Zigbee協(xié)調(diào)器得功能主要是對(duì)已建立的網(wǎng)絡(luò)中的一些參數(shù)進(jìn)行選擇、確定和設(shè)置等。</p><p>　　ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建主要是為工業(yè)化的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。它的協(xié)議規(guī)范使得設(shè)備功耗低、工作可靠、工作安全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便等特點(diǎn)。而移動(dòng)通信網(wǎng)的CDMA網(wǎng)或GSM

107、網(wǎng)主要是為用戶的語音的通信而建立的，其單個(gè)基站的費(fèi)用一般都在百萬元以上，而Zigbee協(xié)議中的每個(gè)Zigbee的基站價(jià)值卻不到人民幣1000元。基于以上對(duì)Zigbee節(jié)點(diǎn)的分析，因此，我選擇使用ZigBee中CC2430芯片作為本論文中的基站節(jié)點(diǎn)來應(yīng)用。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)　　傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是無

108、線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)、傳感器工作的控制以及數(shù)據(jù)的采集與收發(fā)。傳感器節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與定時(shí)發(fā)送；路由節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；匯聚節(jié)點(diǎn)一方面負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)配置與管理，包括定義通信信道、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符（PANID），配置網(wǎng)絡(luò)的Profile,響應(yīng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求和綁定請(qǐng)求，為其他節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址等。另一方面還接收各傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行匯聚后通過RS-232串口傳給PC機(jī)終端。 　 首先上電初始化整個(gè)系統(tǒng)，啟動(dòng)協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)和