基于zigbee的無線壓力測量系統(tǒng)說明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術是信息科學的一個重要分支，它與傳感器技術、信號處理技術以及計算機技術共同構建了現(xiàn)代檢測技術的基礎。本文在分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的相關現(xiàn)狀以及主要短距離無線通信技術的基礎上，針對有線數(shù)據(jù)采集方式成本高、不易擴展、移動性差等缺陷，設計并實現(xiàn)了一個基于ZigBee技術的低成本、低功耗的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ZigBee技術是一種近

2、距離、低復雜度、低功耗、率、低成本的無線通信技術，工作在2.4GHz的ISM頻段上，傳輸速率為20kb/s-250kb/s，傳輸距離為10m-75m，主要用于短距離無線傳輸將ZigBee技術與數(shù)據(jù)采集技術相結合，具有廣泛的應用前景。</p><p>　　本課題基于當前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需要，以礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測系統(tǒng)為題，對礦山的壓力進行檢測，保證礦山的安全。采用基于ZigBee技術的無線單片機CC2430，設計

3、并實現(xiàn)了無線壓力數(shù)據(jù)采集的硬件電路。硬件電路主要包括壓力傳感器的采樣保持電路和電源電路。利用IAR開發(fā)環(huán)境對程序進行編寫、下載。</p><p>　　關鍵詞：無線通信， ZigBee技術， CC2430， 壓力傳感器，IAR</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Data acquisition is an

4、important branch of information technology and is the foundation of modern measurement technology with sensor technology,signal processing technology and computer technology.Based on the research situation of data acquis

5、ition system and the main short-range wireless communication technology, a wireless data acquisition system based on ZigBee technology which has the features of low price and low power consumption was designed and realiz

6、ed aiming at solving the disadvantage</p><p>　　This topic based on the current data acquisition system needs, to mine single hydraulic prop pressure monitoring system of mine pressure problem, testing, to en

7、sure the safety of mine.Based on the ZigBee technology wireless single chip CC2430, the design and implementation of wireless pressure data acquisition hardware circuit.The hardware circuit including a pressure sensor in

8、 the sample and hold circuit and power supply circuit.The use of IAR development environment for the process to prepare,</p><p>　　Key words: wireless communication, ZigBee technology, CC2430, pressure sensor

9、, IAR</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　1 緒論1</b&

10、gt;</p><p>　　1.1 課題的內(nèi)容及背景1</p><p>　　1.2短距離無線技術比較1</p><p>　　1.3 基于ZigBee數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義2</p><p>　　1.4 論文的主要工作及結構3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設計4</p><p>　　

11、2.1 系統(tǒng)的設計原則4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的硬件的組成4</p><p>　　2.3 關鍵技術的介紹4</p><p>　　2.3.1 ZigBee技術簡介及主要特點5</p><p>　　2.3.2 ZigBee協(xié)議體系結構6</p><p>　　2.4 ZigBee無線芯片選取8<

12、/p><p>　　2.4.1 CC2420芯片主要特點及方案設計8</p><p>　　2.4.2 CC2430的主要特點及方案設計10</p><p>　　2.4.3無線芯片比較選擇12</p><p>　　2.5 壓力傳感器的選擇12</p><p>　　2.5.1 壓力傳感器簡介12</p>

13、<p>　　2.5.2 系統(tǒng)對傳感器選擇14</p><p>　　2.5.3傳感器的比較選擇15</p><p>　　2.6 本章小結16</p><p>　　3 數(shù)據(jù)采集部分硬件設計17</p><p>　　3.1 硬件設計簡圖17</p><p>　　3.2 無線傳輸模塊的設計17</p

14、><p>　　3.3主要模塊的設計18</p><p>　　3.3.1 采樣保持電路19</p><p>　　3.3.2電源供電電路19</p><p>　　3.5 本章小結20</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計21</p><p>　　4.1 開發(fā)環(huán)境的介紹及使用21</p&

15、gt;<p>　　4.2 整體軟件設計22</p><p>　　4.3 壓力傳感器軟件設計23</p><p>　　4.4無線數(shù)據(jù)的發(fā)送24</p><p>　　4.5 本章小結25</p><p>　　5 實物的制作與調(diào)試26</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試26</p>

16、<p>　　5.2 模擬實驗一26</p><p>　　5.2 模擬實驗二27</p><p>　　5.3本章小結27</p><p>　　6 系統(tǒng)的總結和展望28</p><p>　　6.1本文總結28</p><p>　　6.2 工作展望28</p><p><b

17、>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p>　　附錄A 模擬實驗源程序32</p><p><b>　　A.1主程序32</b></p><p>　　A.2 數(shù)據(jù)發(fā)送子程序34</p><p>　　A.

18、3片內(nèi)溫度傳感器程序36</p><p>　　A.4 DS18B20傳感器程序37</p><p>　　附錄B 模擬實驗二實物圖42</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的內(nèi)容及背景</p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術是信息科學的一個重要分支，它與傳感

19、器技術、信號處理技術、計算機技術一起構成了現(xiàn)代檢測技術的基礎。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是綜合利用計算機、通信、測控等技術采集、記錄和顯示現(xiàn)場的各種物理參量，方便管理人員和現(xiàn)場操作者參考的系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)和控制中，應用這一系統(tǒng)可以采集工作業(yè)現(xiàn)場的溫度、濕度、電壓、電流等諸多參數(shù)，將這些模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進行相應的計算處理后，所得的結果可以反饋給用戶或控制系統(tǒng)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以提供大量的動態(tài)信息，已廣泛應用地質(zhì)、醫(yī)藥器械

20、、雷達、通訊等領域。</p><p>　　本課題主要來源于礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測。單體液壓支柱所處地理位置較為偏僻，壓力監(jiān)測系統(tǒng)需要及時對其礦山狀態(tài)進行監(jiān)測，反映故障，但生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復雜，這些情況都導致了布線不方便，且升級維護費用昂貴，同時這些情況的實時數(shù)據(jù)量都不大，使用一種低速低功耗的無線網(wǎng)絡就可以很好的解決這些問題。</p><p>　　在數(shù)據(jù)傳輸方式上，分為有線傳輸和無線傳輸兩種。

21、目前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上是通過有線方式進行連接，有線傳輸具有傳輸速度快、可靠性高以及運行穩(wěn)定等優(yōu)點，但是受到環(huán)境、應用對象的限制。在有些場合，如高腐蝕性、現(xiàn)場無法實現(xiàn)明線連接等環(huán)境，采用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)男枰Ｔ賱t，為一次數(shù)據(jù)采集而架設有線網(wǎng)絡的投資較大。在這種情況下，無線方式是一種有效的替代方式。</p><p>　　隨著射頻技術、微電子技術及集成電路的進步，無線通信技術

22、取得了飛速的發(fā)展，無線通信的實現(xiàn)成本越來越低，傳輸速度越來越快，可靠性越來越高，并且逐漸達到可以和有線網(wǎng)絡相媲美的水平。工業(yè)環(huán)境下的無線數(shù)據(jù)通信技術是近年來新的發(fā)展趨勢，將無線技術引入數(shù)據(jù)采集領域，可以解決某些不便布線環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集問題，克服有線網(wǎng)絡布線麻煩和維護困難的缺點，提高采集系統(tǒng)的適應性。</p><p>　　本課題將傳感器技術和新興的無線通信技術相結合，力圖通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線化來達到工業(yè)現(xiàn)場中布線不便

23、時對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。</p><p>　　1.2短距離無線技術比較</p><p>　　短距離無線通信技術已在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛的應用，目前主要有Wi-Fi、藍牙、IrDA、ZigBee等。這幾種無線個域網(wǎng)絡協(xié)議，他們在不同的應用場景中作為無線網(wǎng)絡的底層協(xié)議方案。其也有不同之處，如表1.1所示。</p><p>　　表1.1 幾種短距離無線技術比較<

24、/p><p>　　由上表可知，ZigBee的傳輸速率是低，最高速率不超過250KbpS，可見專門為了礦山壓力采集這類低數(shù)據(jù)量的場合設計，電池壽命最長，是通過ZigBee設備大部分時間處于睡眠狀態(tài)，激活時工作周期很短來實現(xiàn)低功耗的;網(wǎng)絡節(jié)點大大超過其他短距離傳輸技術，展示了高容量的節(jié)點;雖然和藍牙和WIFi同處于2.4GHZ的頻段，但是并不互相沖突。</p><p>　　通過對上述技術特點的比較

25、和分析，在礦山中節(jié)點到路由節(jié)點最多100米的有限范圍內(nèi)，控制網(wǎng)絡非基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡莫屬。引以為豪的低功耗，通過電池節(jié)點設備可以工作1年甚至更久，用于數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)木W(wǎng)狀網(wǎng)絡，網(wǎng)絡上每個監(jiān)測點只需在有限的時間內(nèi)發(fā)送幾個比特的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流是異步的，并在數(shù)據(jù)等待時間上限制極小。而采用標準模塊化的設計可以大大降低成本，20-25OKbps的低速率也能過滿足數(shù)據(jù)采集和控制，由ZigBee聯(lián)盟專門設計的安全層則可以保證節(jié)點信息的不被

26、泄露，毫無疑問，ZigBee技術是礦山數(shù)據(jù)采集自動化方案的最佳選擇，搭建這樣一個平臺后也可以與其它網(wǎng)絡的連接做到無縫連接。</p><p>　　1.3 基于ZigBee數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義</p><p>　　ZigBee技術作為數(shù)據(jù)采集的技術載體，有著重要意義，它能夠?qū)崿F(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點，還具有一些特有的優(yōu)點：</p><p>　　(l) 低功耗:在低耗電待機模式

27、下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6-</p><p>　　24個月，甚至更長。</p><p>　　(2) 高度擴充性:ZigBee可采用星狀、對等網(wǎng)絡結構，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)絡節(jié)點管理，最多可組成65000個節(jié)點的大網(wǎng)。</p><p>　　(3) 自組織功能:無需人工干預，網(wǎng)絡節(jié)點能夠感知

28、其他節(jié)點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網(wǎng)絡。</p><p>　　(4) 自愈功能:增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡都能夠自我修復，并對網(wǎng)絡拓撲結構進行相應地調(diào)整，無需人工干預，保證整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仍然能正常工作。</p><p>　　1.4 論文的主要工作及結構</p><p>　　根據(jù)本論文的實際情況，根據(jù)ZigBee技術，完

29、成無線壓力的數(shù)據(jù)采集部分的硬件電路的設計和軟件部分的設計。</p><p>　　本文的結構安排如下：</p><p>　　1.緒論：介紹選題的背景和意義，以及短距離無線通信技術的比較，闡述了論文的研究重點，最后給出論文的結構安排。</p><p>　　2.系統(tǒng)的總體方案設計：確定系統(tǒng)的設計原則，給出系統(tǒng)的總體設計方案，根據(jù)芯片比較，選定方案所用元件及講述所用到的關鍵

30、技術。</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件設計：針對所選的方案，完成硬件電路的連接，并對部分電路的原理及在系統(tǒng)中所完成的功能做詳細的介紹。</p><p>　　4.系統(tǒng)的軟件設計：介紹軟件開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)的軟件設計基于模塊化的設計思路，本論文中按照所完成不同的功能設計不同模塊，給出系統(tǒng)的各部分模塊的程序流程圖及其具體實現(xiàn)。</p><p>　　5.系統(tǒng)實物制作調(diào)試：根據(jù)

31、軟、硬件制作實物，進行模擬實驗，進行調(diào)試分析。</p><p>　　6.系統(tǒng)的總結與展望：根據(jù)軟硬件調(diào)試的結果，以及系統(tǒng)整體調(diào)試情況，完成系統(tǒng)的設計。總結本文的研究內(nèi)容，針對系統(tǒng)在其他更高要求領域中的應用，提出一些改進完善措施。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的設計原則</p><p><b&

32、gt;　　1、低功耗</b></p><p>　　考慮到系統(tǒng)應用于無法布線環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集，因而采集的終端節(jié)點電源由電池來提供，由于現(xiàn)場設備運行的長期性及更換電池的諸多不便，采集節(jié)點必須具有低功耗，以確保系統(tǒng)在電池供電條件下能正常工作半年以上。</p><p><b>　　2、可靠性</b></p><p>　　抗干擾能力也是設計本

33、系統(tǒng)時所考慮的重要因素之一，考慮到工業(yè)現(xiàn)場的工作條件惡劣，各種干擾因素多，以及系統(tǒng)結構設計、元器件選擇等因素，數(shù)據(jù)將受到來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，因此提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而保證系統(tǒng)的可靠性是設計中的又一關鍵。</p><p>　　3、自組織性， 自適應性</p><p>　　采集終端設備位置的頻繁更換和網(wǎng)絡控制器的癱瘓等，都可能引起拓撲結構的變化和無線通信不暢，從而使整個采集系

34、統(tǒng)停止工作等。因此需要確保系統(tǒng)具有自組織性和自適用性，以適應各種復雜的場合。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的硬件的組成</p><p>　　圖2.1 基于ZigBee技術的無線壓力測量系統(tǒng)的整體結構</p><p>　　由圖2.1可知傳感器與無線芯片的連接為數(shù)據(jù)采集部分，無線芯片與液晶的連接為就地顯示部分。兩者之間通過無線傳輸?shù)男酒牡陌l(fā)送和接收，緊密聯(lián)系，上位

35、機主要功能就是，數(shù)據(jù)的存儲和接收，數(shù)據(jù)的進一步處理和顯示。</p><p>　　2.3 關鍵技術的介紹</p><p>　　2.3.1 ZigBee技術簡介及主要特點</p><p>　　傳統(tǒng)的無線技術，往往設備的成木高、體積大和能源消耗大，如果針對現(xiàn)實中存在應用需求:傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常為小量的突發(fā)信號，數(shù)據(jù)量小，并要求實時傳輸，往往無法滿足。這種需求下，體積小、成木低

36、、功耗小和傳輸速率低的短距離無線通信技術—基于IEEE802.15.4協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡技術，越來越引起人們的重視。</p><p>　　IEEE802.15.4是新興的無線通訊協(xié)議，是IEEE確定的低速個人區(qū)域網(wǎng)絡標準。該工作組成立于2000年1月，專注于規(guī)范一種廉價的，固定、便攜或移動設備使用的，低功耗、低成本、低復雜度、低速率的無線線連接技術，于2003年12月通過了第1個802.15.4標準。</

37、p><p>　　2002年，日木三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司、英國Invensys公司和荷蘭飛利浦半導體公司共同宣布加入ZigBee聯(lián)盟，研發(fā)名為“ZigBee”的下一代無線通信標準。ZigBee聯(lián)盟是為了在全球統(tǒng)一標準上實現(xiàn)簡單可靠、低功耗、低價格、無線連接的監(jiān)測和控制產(chǎn)品，于2004.12發(fā)布首個ZigBee正式標準。ZigBee從IEEE802.15.4標準開始著手，定義了允許不同廠商制造的設備相互兼容的應用

38、綱要。截至目前，該聯(lián)盟大約己有76家成員企業(yè)，并在迅速發(fā)展壯大。涵蓋了消費類電子廠商、IP服務提供商、半導體生產(chǎn)商及OEM商等，所有這些成員公司都參加了負責開發(fā)ZigBee的PHY和MAC技術標準的IEEE802.15.4工作組。</p><p>　　ZigBee標準的定義是以802.15.4標準的PHY及MAC層為基礎的拓展，并對網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。ZigBee定義了一個安全靈活的網(wǎng)絡層，支持種拓撲

39、結構，在動態(tài)的射頻環(huán)境中提供高可靠性的無線傳輸。此外，ZigBee盟還定義了應用層、安全管理、應用接口等規(guī)范。</p><p>　　ZigBee技術的主要特點包括以下幾個部分:</p><p>　　(1) 低功耗: 在工作模式下，由于ZigBee技術的傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量小，因此信號收發(fā)時間短；在非工作模式下，ZigBee節(jié)點處于休眠狀態(tài)。一般兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年的左右的使用

40、時間。</p><p>　　(2) 可靠性:ZigBee的媒體接入控制層(MAC層)采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層支持確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，要求每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，如果在傳輸過程中出現(xiàn)問題可以重新發(fā)送，從而建立了可靠的通信模式。</p><p>　　(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延

41、都非常短，典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應用。</p><p>　　(4) 網(wǎng)絡容量大： 一個星型結構的ZigBee網(wǎng)絡最多可以容納254個從設備和一個主設備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡, 而且網(wǎng)絡組成靈活。</p><p>　?。?）

42、 安全性：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。</p><p>　　2.3.2 ZigBee協(xié)議體系結構</p><p>　　ZigBee聯(lián)盟制定的是一種低成本、低功耗，雙向的無線通信技術標準。ZigBee的協(xié)議構架是建立在IEEE802.15.4標準之上的。IEEE802.1

43、5.4標準定義了ZigBee的物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC);ZigBee聯(lián)盟則定義了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)和安全服務規(guī)范。</p><p>　　ZigBee協(xié)議棧結構體系見圖2.2，雖然基于標準的七層開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）模型，但僅對那些涉及ZigBee的層予以定義。IEEE802.15.4-2003標準定義了最下面兩層：物理層（PHY）和介質(zhì)接入控制層（MAC）。Z

44、igBee聯(lián)盟提供網(wǎng)絡層和應用層（APL）的設計，其中應用層的框架包括了應用支持子層（APS）、ZigBee設備對象（ZDO）和由制造商制訂的應用對象。</p><p>　　圖2.2 ZigBee 協(xié)議棧結構</p><p><b>　　1、物理層</b></p><p>　　物理層提供的服務是由硬件和軟件共同實現(xiàn)的，定義了物理無線信道(對于2

45、.4GHz頻段，有16個信道，編號為11-16)和MAC子層之間的連接，提供物理層數(shù)據(jù)服務(PLDE)和物理層管理服務(PLME)。通過該接可以喚醒層管理服務功能，同時也負責維護與物理層相關的一些管理對象的數(shù)據(jù)庫(PIB)。物理層通過物理層數(shù)據(jù)服務接入點(PD.SAP)和物理層管理實服務接入點（PLME.SAP)與MAC層通信，PD.SAP支持在對等的MAC層實體間進行MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳送，PLME.SAP則在MAC層管理實體之間提供

46、管理命令的傳送。</p><p>　　物理層主要完成以下幾項任務：開啟和關閉無線收發(fā)機、能量檢測（ED）、鏈路質(zhì)量指標（LQI）、空閑信道評估（CCA）、信道選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。</p><p><b>　　2、MAC層</b></p><p>　　與物理層類似，MAC層也包括管理實體(MLME)和數(shù)據(jù)實體(MLDE)。MAC層管理實體提供可

47、以喚醒MAC層管理服務的服務接口，同時也維護一個與MAC層相關的管理對象數(shù)據(jù)庫(MIB)。MAC層與物理層之間通過PLME.SAP和PD.SAP進行通信，通過MAC數(shù)據(jù)實體服務點(MLDE.SAP)和MAC層管理實體服務接入點向相關子層提供MAC層數(shù)據(jù)和管理服務。另外，MAC層能支持多種LLC標準，通過業(yè)務相關會聚子層(SSCS)協(xié)議承載802．2類型的LLC標準。</p><p>　　MAC子層處理所有物理層無

48、線信道接入，主要功能有:網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡信標；與信標同步；支持個域網(wǎng)(PAN)鏈路的建立和斷開；為設備的安全提供支持；信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入/沖突避免機制(CSMA/CA)；處理和維護保護時隙(GTS)機制；在兩個對等的MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。</p><p><b>　　3、網(wǎng)絡層</b></p><p>　　網(wǎng)絡層對于ZigBee協(xié)議棧非

49、常重要，每一個ZigBee節(jié)點都包含網(wǎng)絡層，網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)組建網(wǎng)絡，為新加入網(wǎng)絡訪分配地址、路由發(fā)現(xiàn)、路由維護等。另外網(wǎng)絡層還提供一些必要的函數(shù)，確保ZigBee的MAC層正常工作，并且為應用層提供合適的服務接口，這種結構使得網(wǎng)狀網(wǎng)絡的應用基本能夠?qū)崿F(xiàn)。為了向應用層提供其接口，網(wǎng)絡層提供了兩個必須的功能服務實體，它們分別為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務實體(NLDE)和管理服務實體(NLME)。NLDE通過網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)服務實體服務接入點提供數(shù)據(jù)傳輸服務，網(wǎng)

50、絡層管理實體(NLME)通過網(wǎng)絡層管理實體服務接入點提供網(wǎng)絡管理服務。網(wǎng)絡層管理實體利用網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體完成一些網(wǎng)絡的管理工作，并且，網(wǎng)絡層管理實體完成對網(wǎng)絡信息的維護和管理。</p><p><b>　　4、應用層</b></p><p>　　ZigBee應用層由三個部分組成，APS子層、ZDO(包含ZDO管理平臺)和制造商定義的應用對象。APS子層的任務是維護綁定表

51、和在綁定設備之間傳遞信息。ZDO負責定義設備在網(wǎng)絡中的角色(如ZigBee協(xié)調(diào)器或終端設備)、發(fā)現(xiàn)設備并決定設備所能提供的應用服務、初始化并響應綁定請求和在網(wǎng)絡設備之間建立安全關系。</p><p>　　應用支持子層給網(wǎng)絡層和應用層通過ZigBee設備對象和制造商定義的應用對象使用的一組服務提供了接口，該接口提供了ZigBee設備對象和制造商定義的應用對象使用的一組服務。通過兩個實體提供這些服務:數(shù)據(jù)服務和管理服

52、務。APS數(shù)據(jù)實體(APSDE)通過與之連接的SAP，即APSDE-SAP提供數(shù)據(jù)傳輸服務。APS管理實體(APSME)通過與之連接的SAP，即APSME-SAP提供管理服務，并且維護一個管理實體數(shù)據(jù)庫，即APS信息庫(NIB)。</p><p><b>　　5、安全服務層</b></p><p>　　ZigBee提供的安全服務包括密鑰建立，密鑰運輸、幀保護和設備管理

53、的方法。ZigBee的安全層的構架包括協(xié)議棧中三個層次的安全機制，MAC子層，網(wǎng)絡層和APS層主要負責各自的數(shù)據(jù)幀的安全傳輸。另外，APS子層為建立和保持安全關聯(lián)提供服務，ZigBee設備的安全策略和安全構架由ZDO管理。ZigBee網(wǎng)絡中的安全密鑰(security keys)主要是基于鏈接密鑰(link key)和網(wǎng)絡密鑰(network key)。APL對等層之間的單播通信安全主要依靠兩個設備共享的128位鏈接密鑰來保證，而多播(

54、broadcast)通信安全則由網(wǎng)絡中眾多設備分享的128位網(wǎng)絡密鑰來保證。這樣信息接收者就能夠知道確切的安全措施，也就是說信息接收者可以知道一個數(shù)據(jù)幀是否被鏈路密鑰或網(wǎng)絡密鑰加密了。</p><p>　　2.4 ZigBee無線芯片選取</p><p>　　目前市場上上符合ZigBee標準芯片多種多樣。ZigBee聯(lián)盟的各大芯片生產(chǎn)商Chipcon、Freescale、Ember、Jen

55、nic、RadioPu1se、OKI、Helicomm等公司紛紛推出各自的ZigBee無線解決方案。本論文主要使用Chipcon和Ti公司生產(chǎn)的CC2420和CC2430作為無線傳輸芯片，兩者進行比較，確定無線芯片的選取。</p><p>　　2.4.1 CC2420芯片主要特點及方案設計</p><p>　　CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE80

56、2.15.4標準的射頻收發(fā)器。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。它基于Chipcon公司的SmartRF技術，以0.18um CMOS工藝制成 只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過了IEEE標準的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無線通信設備支持數(shù)據(jù)傳輸率高達250kbps可以實現(xiàn)多點對多點的快速組網(wǎng)。</p><p>

57、　　CC2420外圍參考電路圖，如圖2.3所示，其芯片的主要特點如下：</p><p>　　● 工作頻帶范圍：2.400～2.4835GHz。 </p><p>　　● 采用IEEE802.15.4規(guī)范要求的直接序列擴頻方式。 </p><p>　　● 數(shù)據(jù)速率達250kbps碼片速率達2MChip/s。 </p><p>　　● 采用O-Q

58、PSK調(diào)制方式。 </p><p>　　● 超低電流消耗（RX:19.7mA,TX:17.4mA）高接收靈敏度（-99dBm）。</p><p>　　● 抗鄰頻道干擾能力強(39dB)。 </p><p>　　● 內(nèi)部集成有VCO、LNA、PA以及電源整流器，采用低電壓供電(2.1～3.6V)。 </p><p>　　● 輸出功率編程可控。

59、 </p><p>　　● IEEE802.15.4 MAC層硬件可支持自動幀格式生成、同步插入與檢測、16bit CRC校驗、電源檢測、完全自動MAC層安全保護(CTR,CBC－MAC，CCM)。</p><p>　　● 與控制微處理器的接口配置容易(4總線SPI接口)。</p><p>　　● 開發(fā)工具齊全。 </p><p>　　圖2.

60、3 CC2420 外圍參考電路</p><p>　　根據(jù)CC2420的工作特點，CC2420并不能直接接模擬量的傳感器，而且就地顯示部分需要與低功耗單片機MSP430組成最小系統(tǒng)，才能接液晶及報警等電路。其方案設計如圖2.4，本方案使用的傳感器必須為數(shù)字量，若為模擬量，需要在傳感器與CC2420之間添加一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　圖2.4 基于CC2420無線芯片設計方案<

61、;/p><p>　　2.4.2 CC2430的主要特點及方案設計</p><p>　　CC2430單片機是TI公司（德州儀器）生產(chǎn)的一款專用于IEEE802.15.4和ZigBee協(xié)議通信的片上系統(tǒng)解決方案。其RF內(nèi)核是基于工業(yè)領先的射頻通信芯片CC2420。在單個芯片上集成了CPU、存儲器、常用片內(nèi)外設和RF射頻單元。它具有1個8 位CPU（8051），主頻達32MHZ，具有最大128 KB

62、可編程FLASH和8KB的SRAM，片內(nèi)外設非常豐富，主要包括1個8通道8位至14位可編程ADC轉(zhuǎn)換器、4個定時器（其中包括一個MAC定時器）、2個USART，1個DMA控制器、1個AES128 協(xié)同處理器、1個看門狗定時器、1個內(nèi)部穩(wěn)壓器、21個可編程I/O 引腳。I/O 引腳可配置為通用I/O，也可配置為外設專用引腳。I/O口在輸入時有上拉和下拉能力。全部21數(shù)字的I/O引腳都具有響應外部的中斷能力。如果需要外部設備，可對I/O 引

63、腳產(chǎn)生中斷，同時外部外部中斷時間也能被用來喚醒休眠模式。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和25mA。具有3種休眠模式,從休眠模式轉(zhuǎn)換到正常模式僅需54us，特別適合要求電池長期供電的應</p><p>　　CC2430外圍參考電路如圖2.5，其芯片主要特點如下：</p><p>　　● 高性能和低功耗的8051微控制器核。&

64、lt;/p><p>　　● 集成符合IEEE802.15.4標準的2.4 GHz的RF無線電收發(fā)機。</p><p>　　● 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。</p><p>　　● 32，64，128KB在線系統(tǒng)可編程FLASH。</p><p>　　● 在休眠模式時僅0.9μA 的電流功耗，外部的中斷或RTC 能喚醒系統(tǒng)。</p&

65、gt;<p>　　● 在待機模式時少于0.6μA 的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。　</p><p>　　● 從低功耗到正常工作模式需要的時間極少。</p><p>　　● 多通道DMA控制器，非常少的外部組件。</p><p>　　● 硬件支持CSMA/CA 功能。</p><p>　　● 較寬的電壓范圍（2.0～3.6 V）。

66、</p><p>　　● 支持數(shù)字RSSI/LQI指示。</p><p>　　● 具有電池監(jiān)測和溫度傳感器。</p><p>　　● 8通道8～14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC。</p><p>　　● 集成 AES 安全協(xié)處理器。</p><p>　　● 帶有 2 個強大的支持多組串行協(xié)議的USART。</p>

67、<p>　　● 1個符合IEEE802.15.4 規(guī)范的MAC定時器，1個16位定時器和2個8位定時器。</p><p>　　● 21個通用I/O引腳，其中有2個具有20mA灌電流和拉電流能力。</p><p>　　● ZigBee/802.15.4全兼容的硬件、物理層。</p><p>　　● 強大和靈活的開發(fā)工具。</p><p&

68、gt;　　圖2.5 CC2430 外圍參考電路</p><p>　　根據(jù)CC2430的特點可知，CC2430自身帶有ADC，因此傳感器既可以是模擬量也可以是數(shù)字量。CC2430具有高性能和低功耗的8051微控制器核，可以直接連接液晶與報警電路等。方案設計如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 基于CC2430無線芯片設計方案</p><p>　　2.4.3無

69、線芯片比較選擇</p><p>　　根據(jù)圖2.4與圖2.6無線芯片設計方案比較，既能完成設計要求又能簡化設計的原則，通過比較方案設計，只有CC2430采用標準8051處理器，CC2420不具有，在這里我們選用Ti公司的CC2430作為本設計的主芯片。</p><p>　　CC2430簡化了設計，它可以直接與液晶相連，簡化了軟件部分的編寫，與CC2420相比，具有巨大的優(yōu)勢。這種解決方案能夠

70、提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2.4GHz ISM波段應用對低成本，低功耗的要求。CC2430以強大的集成開發(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)標準為支持，同時其結合了Chipcon公司全球先進的ZigBee協(xié)議棧、工具包和參考設計，展示了領先的ZigBee解決方案。</p><p>　　2.5 壓力傳感器的選擇</p><p>　　傳感器將被研究對象的動態(tài)參

71、數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，是檢測與控制系統(tǒng)之首。傳感器成為感知、獲取與檢測信息的窗口，一切科學研究與自動化生產(chǎn)過程要獲得信息，都要通過傳感器并通過傳感器它轉(zhuǎn)換成容易傳輸與處理的電信號。傳感器的設計與應用是整個測試裝置的基礎之一。因此，傳感器的選擇是否合理就顯得尤為重要。</p><p>　　2.5.1 壓力傳感器簡介</p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工

72、業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。</p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中最常用的一種傳感器，根據(jù)壓力傳感器的工作原理，可分為應變式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器。</p><p>　　（1）應變式壓力傳感器</p><p>　　應變式壓力傳感器是把壓力的變化轉(zhuǎn)換

73、成電阻值的變化來進行測量的，應變片是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值隨壓力所產(chǎn)生的應變而變化。</p><p>　　（2）壓電式壓力傳感器</p><p>　　壓電式傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應，目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當這些晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時，在其相對的兩個側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應”。</p><p>

74、　?。?）壓阻式壓力傳感器</p><p>　　壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應而構成。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。</p><p>　　目前市場上壓力傳

75、感器的種類繁多，規(guī)格及技術性能不一，價格差別也很大，對于不同的場合，要選用合適的壓力傳感器。選用原則便是以最經(jīng)濟的價格買到滿足其用途、壓力量程、精度要求、溫度范圍、電和機械要求的壓力傳感器。因此選用壓力傳感器時要考慮一下幾個參數(shù)：</p><p><b>　　1.額定壓力范圍</b></p><p>　　額定壓力范圍是滿足標準規(guī)定值的壓力范圍，也就是在最高和最低溫度之

76、間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍，在實際應用時傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　2.最大壓力范圍</b></p><p>　　最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變，特別是半導體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍，因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會被損壞。一般最大壓力是額

77、定壓力最高值的2－3倍。</p><p><b>　　3.精度</b></p><p>　　精度是指某一特定溫度（一般室溫25℃）下應達到的精度。可分為三檔：0.01%～0.1%FS為超高精度；0.1%～1%FS為高精度；1%～2%FS為普通精度；2%～10%FS為低精度。</p><p><b>　　4. 壓力遲滯</b>

78、;</p><p>　　為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時，傳感器輸出之差。</p><p><b>　　5.溫度范圍</b></p><p>　　壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和工作溫度范圍，補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進入額定范圍內(nèi)的溫度范圍，工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范

79、圍。</p><p>　　當然根據(jù)場合不同的需要，考慮的參數(shù)也各不相同。本論文是礦山單體液壓支柱壓力監(jiān)測。對于參數(shù)的考慮就不止上面幾個方面。根據(jù)需要不同，也會用到壓力變送器，壓力變送器主要由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。根據(jù)本論文需要場合，更適合選用壓力變送器。</p><p>　　2.5.2 系統(tǒng)對傳感器選擇</p><p>

80、　　根據(jù)論文的需要，本系統(tǒng)對壓力測量范圍在0～60MPa，而且耐腐蝕。因此根據(jù)需要選用兩種合適的壓力傳感器進行比較，從而選出更能滿足系統(tǒng)設計要求的傳感器。</p><p>　　1.PT500-500壓力變送器</p><p>　　PT500-500系列壓力變送器采用高精度高穩(wěn)定性電阻應變計/擴散硅晶體/陶瓷晶體等做為變送器的感壓芯片，選進的貼片工藝，配套帶有零點、滿量程補償，溫度補償?shù)母呔?/p>

81、度和高穩(wěn)定性放大集成電路，產(chǎn)品結構采用全封焊結構，使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高，產(chǎn)品最高壓力可達150MPa.其主要技術參數(shù)如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 PT500-500壓力變送器參數(shù)</p><p>　　2.BYP300小巧型壓力變送器</p><p>　　BYP300壓力傳感壓力變送器選用進口壓力芯片，敏感元件

82、采用擴散或離子注入等工藝形成電阻并連接成惠斯通電橋，用微機械加工技術在電橋下形成壓力敏感膜片。當壓力作用在膜片上時，電阻值發(fā)生變化并且產(chǎn)生一個與作用壓力成正比的線性輸出信號。在惠斯通電橋上加上直流電源，就會產(chǎn)生一個直流電壓信號的輸出。經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換線路，實現(xiàn)兩線制4～20mA輸出。</p><p>　　BYP300小巧型壓力變送器，采用進口原裝擴散硅傳感器，靈敏度高、抗過載能力強。傳感器和放大電路高度集成，結構簡單

83、不松動，重復行好，體積小巧，易安裝；可廣泛應用于航空航天、科學實驗、石油化工、制冷設備、工程機械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領域。主要特點為:寬電壓供電；抗沖擊、耐震動、體積?。粶囟妊a償功能；高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度。其主要參數(shù)如表2.2所示。</p><p>　　表2.2 BYP300小巧型壓力變送器參數(shù)</p><p>　　2.5.3傳感器的比較選擇</p><

84、;p>　　根據(jù)系統(tǒng)對傳感器的要求，由表2.1與表2.2的比較，根據(jù)兩種傳感器技術指標的比較以及測試系統(tǒng)對傳感器的要求來看，可發(fā)現(xiàn)BYP300更具有優(yōu)勢。又根據(jù)設計的原則，本設計要求低功耗、可靠性，BYP300小巧型壓力變送器更具有優(yōu)勢。因此本論文選用BYP300小巧型壓力變送器。</p><p>　　BYP300小巧型壓力變送器的主要特點:寬電壓供電；抗沖擊、耐震動、體積?。粶囟妊a償功能；高穩(wěn)定性、高精度、

85、寬的工作溫度。這些特點更加適用于此系統(tǒng)。為此系統(tǒng)設計安裝帶來方便。</p><p><b>　　2.6 本章小結</b></p><p>　　正如前章所述，采用傳統(tǒng)的有線方式傳輸數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)在應用時容易受到布線、采集對象的運動性等條件的限制，無線通信技術的日益成熟為解決這一問題提供了有效的途徑。本章對整個系統(tǒng)進行了整體的規(guī)劃，首先分析了系統(tǒng)設計的原則、系統(tǒng)的性能要求

86、，提出了系統(tǒng)整體設計方案，講述了系統(tǒng)中用到的關鍵技術，并對系統(tǒng)用到的關鍵器件進行了比較，確定使用的器件。</p><p>　　3 數(shù)據(jù)采集部分硬件設計</p><p>　　3.1 硬件設計簡圖</p><p>　　前一章已對系統(tǒng)所需要的器件的已選定，對于系統(tǒng)的硬件設計圖做了相應的完善，如圖3.1所示。此圖包括了數(shù)據(jù)采集部分、就地顯示部分及上位機部分。更清新的呈現(xiàn)無線

87、壓力測量系統(tǒng)的工作原理。總體原理圖見附錄C。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件結構框圖</p><p>　　其CC2430無線傳輸模塊，除天線電路外，還有接口電路、電源濾波電路、晶振電路、復位電路等。</p><p>　　3.2 無線傳輸模塊的設計</p><p>　　無線傳輸模塊電路包括CC2430芯片及其外圍電路，由于CC2430將

88、8051內(nèi)核與無線收發(fā)模塊集成到一個芯片當中因而簡化了電路的設計過程，省去了對單片機與無線收發(fā)芯片之間接口電路的設計，縮短了研發(fā)周期。該電路設計原理圖如圖3.2所示。其原理圖主要包括接口電路、3.3v和1.8V電源濾波路、芯片晶振電路、天線電路、收發(fā)指示電路及復位電路6部分。其余電路均參照CC2430的參考設計來完成。</p><p>　　圖3.2 CC2430無線傳輸模塊原理圖</p><p

89、>　　接口電路:采用一個16腳排針和一個10腳的排針，10腳排針引出的引腳主要用于程序的燒寫，16腳排針引出的引腳主要是方便無線模塊擴展，這兩個排針將CC2430所有的21個帕功能定義，增加無線模塊的通用性。</p><p>　　電源濾波電路：為得到更好的電源性能，選擇了合適的去耦電容（如C7，C8等）對電源進行濾波，該部分電路參考Ti公司濾波電容組設計。</p><p>　　芯片晶

90、振設計：CC2430工作需要兩個時鐘晶振，第一個為32MHz，為無線收發(fā)時鐘；第二個為32.068KHz，為休眠模式提供時鐘。C18和C19為32MHz晶振的負載點電容，電容值取決于負載電容的大小。C18和C19的典型值為27PF。</p><p>　　天線電路：電路中采用非平衡天線加上一個非平衡變壓器構成天線電路。電路中的非平衡變壓器由L1、L2、L3和C11組成，其中，L2和L3匹配RF輸入/輸出阻抗匹配。C

91、11為5.6PF，L1為2.2nH,L2為5.6nH,L3為1.8nH。此電路參照Ti公司提供的設計。</p><p>　　復位電路：由限流電阻R7，濾波電容C20和按鍵組成，實現(xiàn)低電平復位。</p><p>　　收發(fā)指示電路：右上角為收發(fā)指示電路，數(shù)據(jù)發(fā)送時，紅綠燈均閃爍。</p><p>　　3.3主要模塊的設計</p><p>　　主要

92、模塊設計主要有采樣保持電路、電源供電電路、串口轉(zhuǎn)換電路設計。</p><p>　　3.3.1 采樣保持電路</p><p>　　在A/D轉(zhuǎn)換中，A/D器件將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要一定的時間。為了避免模擬信號變換過快致使A/D轉(zhuǎn)換器件來不及轉(zhuǎn)換，一般根據(jù)實際需要使用采樣保持電路對模擬信號進行穩(wěn)定，使輸出穩(wěn)定。本論文采用的是壓力變送器，可有可無采樣保持電路，但為了穩(wěn)定輸出信號和其他模擬量的

93、傳感器的使用，對于壓力傳感器加上采樣保持電路。如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 采樣保持電路原理圖</p><p>　　本設計采用了AD585采樣保持器件，是一個完整的單片采樣保持電路組成的高性能運算放大器系列，具有超低泄漏模擬開關和一個場效應晶體管輸入整合光柵放大器。AD585具有快速的采樣時間，因此可以將其用于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，完成高頻信號和高通過率的高速A/D變換。

94、AD585完成信號的采樣保持工作，AD585的14和13管腳用于輸入控制模擬開關的脈沖，這個脈沖的寬度決定了采樣周期。模擬信號通過2腳進入AD585。3、5腳之間可以連接一個電位器以調(diào)整偏置電壓。采樣保持電路與CC2430的P0.7口相連。本論文使用采樣保持電路，為了輸出穩(wěn)定。</p><p>　　3.3.2電源供電電路</p><p>　　本論文的要求低功耗，CC2430的引腳有兩種工作

95、電壓1.8V和3.3V，考慮到就地顯示部分的液晶顯示需要用3.3V供電，此電源設計為3.3V供電，如圖3.4所示。本設計中采用2節(jié)AA電池供電。開關S1用于控制電路是否供電。C4和C5具有濾波作用。</p><p>　　圖3.4 供電電路電路原理圖</p><p><b>　　3.5 本章小結</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，本

96、章首先對論文的總體設計方案畫出結構框圖，接著通過Ti公司提供的CC2430資料，利用Protel對原理圖進行繪制，并對其CC2430原理圖進行了詳細介紹。對于主要模塊（采樣保持電路、電源供電電路）詳細介紹了每個模塊的具體實現(xiàn)及功能作用。因本人做的數(shù)據(jù)采集部分，液晶電路在此不做介紹。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　4.1 開發(fā)

97、環(huán)境的介紹及使用</p><p>　　CC2430所用的開發(fā)環(huán)境并不是Keil，Keil適用于51系列單片機，并不適合CC2430的程序編寫。CC2430所用的開發(fā)環(huán)境是IAR。</p><p>　　IAR公司是全球領先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務供應商，成立于1983年，迄今已有20多年歷史，其提供的產(chǎn)品和服務設計嵌入式系統(tǒng)設計、開發(fā)、和測試的每一個階段。IAR的Embedded Work

98、bench系列適用于開發(fā)基于8位、16位以及32位微處理器的嵌入式系統(tǒng)，其集成開發(fā)環(huán)境具有統(tǒng)一界面，為用戶提供了一個易學易用的開發(fā)平臺，以及對各種特殊目標的支持。IAR的Embedded Workbench系列是一種增強型一體化嵌入式集成開發(fā)環(huán)境，其中完全集成了開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需要的文件編輯、項目管理、編譯、鏈接和調(diào)試工具。IAR公司獨具特色的C-SPY調(diào)試器，不僅可以在系統(tǒng)開發(fā)初期進行無目標硬件的純軟件仿真，也可以結合IAR公司推出的

99、J-Link硬件仿真器，實現(xiàn)用戶系統(tǒng)實時在線仿真調(diào)試。</p><p>　　本文選擇IAR Embedded Workbench作為軟件開發(fā)平臺。其界面友好，調(diào)試功能強大得到了廣泛的應用。本系統(tǒng)所有源程序代碼均在IAR下調(diào)試通過。IAR Systems的C/C++編譯器可以生成高效可靠的可執(zhí)行代碼，并且應用程序規(guī)模越大，效果越明顯；與其他的工具開發(fā)商相比，系統(tǒng)提示使用全局和針對具體芯片的優(yōu)化技術；連接器提供的全局

100、類型檢測和范圍檢測對于生成目標代碼的質(zhì)量是至關重要的。IAR Embedded Workbench生成的可執(zhí)行代碼可以運行于更小尺寸、更低成本的微處理之上，從而降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本。</p><p>　　IAR Embedded Workbench集成的編譯器的主要產(chǎn)品特征有：</p><p>　　高效的PROMable代碼</p><p><b>　　完

101、全標準的C兼容</b></p><p>　　內(nèi)建對芯片的程序速度和大小優(yōu)化器</p><p><b>　　目標特性擴充</b></p><p>　　版本控制和擴展工具支持良好</p><p>　　便捷的中斷處理和模擬</p><p><b>　　瓶頸性能分析</b>

102、;</p><p><b>　　高效浮點支持</b></p><p><b>　　內(nèi)存模式選擇</b></p><p>　　IAR EW的工作界面如下圖4.1所示，生成程序代碼后，對于源程序的下載，可見圖4.1右上角紅框中按鈕就是Debug按鈕，單擊可將程序下載到CC2430中，完全集成了開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需要的文件編輯、項

103、目管理、編譯、鏈接和調(diào)試工具。</p><p>　　圖4.1 IAR工作界面</p><p>　　IAR Embedded Workbench工作界面的按鍵各有作用，建立工程后，一定要根據(jù)要求，選擇Project/Options命令中，配置與CC2430相關的選項。一般默認設置已經(jīng)可以，但對于Debugger的設置要注意。IAR Embedded Workbench使用方面有很多要注意的

104、地方，在這里不在做一一介紹。最后在Project/Make命令，完成編譯和連接工程。</p><p>　　總體來說，用IAR EW進行開發(fā)的典型步驟如下：</p><p>　　第一步 配置開發(fā)環(huán)境，選擇芯片類型、程序堆棧大小、仿真器類型等。</p><p>　　第二步 編輯并編譯源文件。</p><p>　　第三步 連接目標文件，包含調(diào)試選項

105、。</p><p>　　第四步 調(diào)試程序，若發(fā)現(xiàn)錯誤，返回第二步，修改文件后繼續(xù)進行。</p><p>　　第五步 調(diào)試通過后，去掉調(diào)試選項，重新連接。</p><p>　　第六步 生成程序代碼，下載到SOC片上系統(tǒng)中。</p><p>　　4.2 整體軟件設計</p><p>　　考慮到數(shù)據(jù)采集部分，主要是壓力傳感器

106、的的數(shù)據(jù)采集和無線發(fā)送的軟件設計。整體軟件流程圖如4.2所示。</p><p>　　在CC2430上電復位后，要進行初始化工作，包括些協(xié)議棧的初始化、串口初始化、定時器初始化、頻率信道初始化、變量初始化等。</p><p>　　ha1Init()； // 硬件層初始化</p><p>　　evbInit()； // CC2430初始化</p>

107、<p>　　phyInit()； // 初始化物理層</p><p>　　macInit()； // 初始化MAC層</p><p>　　ap1Init()； // 初始化協(xié)議棧</p><p>　　initUART()； // 初始化串口，波特率5600,8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位</p><p>　　ENAB

108、LE＿GLOBAL＿INTERRUPT(); // 使能中斷</p><p>　　圖4.2 整體軟件流程圖</p><p>　　4.3 壓力傳感器軟件設計</p><p>　　壓力傳感器初始化后，通過采樣保持電路，輸出穩(wěn)定，與CC2430相連，讀出寄存器內(nèi)容，然后進行數(shù)據(jù)處理。其程序流程圖如下圖4.3所示。數(shù)據(jù)處理之后，由CC2430進行無線傳輸，與另一塊CC243

109、0進行無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸，并在另一塊CC2430所接的液晶電路中顯示壓力值，也可以通過上位機在PC上動態(tài)顯示。</p><p>　　圖4.3 壓力傳感器程序流程圖</p><p>　　4.4無線數(shù)據(jù)的發(fā)送</p><p>　　數(shù)據(jù)的發(fā)送都是以幀的格式發(fā)送的，而且只有已經(jīng)與網(wǎng)絡連接的設備才可從網(wǎng)絡層發(fā)送數(shù)據(jù)幀。如果未連接設備收到傳輸幀的請求命令，將丟棄該幀。在網(wǎng)絡層

110、傳送的數(shù)據(jù)幀，都是根據(jù)表4.1所示的通用幀結構進行構造，并采用MAC層數(shù)據(jù)服務進行發(fā)送的。所有網(wǎng)絡層傳輸幀都包含一個目的地址和源地址，當構造好網(wǎng)絡協(xié)議數(shù)據(jù)單元后，如果對該幀需要進行安全處理，則根據(jù)安全方案對他進行安全處理。當安全處理完成后，將返回該處理幀并且有網(wǎng)絡層進行傳輸。經(jīng)過處理后的幀將附加一個檢驗輔助的頭。</p><p>　　表4.1 網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)幀格式</p><p>　　程序流程