基于CC2530温湿度采集系统课程设计报告(3)

2019-09-02 17:29

传感器及控制模块:系列传感器模块,包括温湿度传感模块、继电器模块和RS232模块等,也可以通过总线扩展用户自己的传感器及控制器部件。

电源板或智能主板:即实现无线节点模块与传感及控制模块的连接,又实现系统供电,目前主要有两节电池供电,保留外接电源接口,可以直接有直流电供电。

3.2实现温湿度数据采集的软件部分

实现温湿度数据采集的软件部分主要有Zigbee技术概述、Zigbee协议栈整

体架构、Zigbee协议栈网络层、AODV路由协议等几部分组成。而Zigbee协议栈网络层主要包括: 网络层概述、网络层所实现功能、网络层中常用路由协议。AODV路由协议主要包括:协议概述、协议的基本原理、AODV路由协议消息控制帧。一下将是温湿度数据采集的软件部分各部分的具体介绍: 3.2.1 ZIGBEE技术概述

Zigbee技术的使用与发展很大程度上弥补了无线通信市场上低功耗、低成本、低速率的空缺。同时随着Zigbee技术的深入发展和应用,越来越多的注意力和研究力量将会转到应用的设计、实现互联互通测试和市场的推广等方面。Zigbee技术的关键点是发展一种易布建、低成本、低功耗的无线网络。

Zigbee技术的应用前景非常好。Zigbee在未来的几年里将在工业无线定位、工业控制、消费电子、汽车自动化、家庭网络、楼宇自动化、医用设备控制等多个控制领域具有广泛的应用,特别是工业控制和家庭自动化,将会成为今后Zigbee芯片的主要应用领域。通常符合以下条件之一的应用,都可以考虑采用Zigbee技术:

(1)网点多:需要数据采集或监控的网点多。

(2)低传输量:要求传输的数据量不大且要求数据成本低。 (3)可靠性高:要求数据传输可靠性、全性高。

(4)体积小:设备体积很小,体积较大的充电电池或者电源模块不便放置。 (5)电池供电。

(6)覆盖量大:所需检测点监测点多,地形复杂,需要较大的网络覆盖面积。

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(7)现有移动网络的覆盖盲区。

(8)遥测、遥控系统:使用现存移动网络进行的低数据量传输。 (9)局部区域移动目标的定位系统:使用GPS效果差、成本高的。 Zigbee无线传感网络是基于IEEE802.15.4技术标准和Zigbee网络协议而设计的无线数据传输网络,该网络主要应用在压力过程控制数据采集、流量过程控制数据采集、温度湿度监控、楼宇自动化、工业控制、数据中心、社区安防、设备监控、环境数据监控、制冷监控、仓库货物监控等方面。适用于蔬菜大棚温度、湿度和土壤酸碱度监控,钢铁冶炼温度控制,煤气抄表等各个领域。这种网络主要用于无线系统中短距离的连接,提供传感器网络接入,能够满足各种传感器的数据输出和输入控制的命令和信息的需求,实现系统网络化、无线化。

Zigbee技术是一种应用于各种电子设备之间的无线通信技术,这种通信组网是基于中短距离范围内、低传输速率下的。根据Zigbee技术的本质,它具有下列特性:低功耗、高度扩展性、可靠性高等。 3.2.2 ZIGBEE协议栈

Zigbee协议栈由一组子层组成,每一层为其上层提供一定的特定服务:一个数据实体提供数据传输服务,一个管理实体提供管理、维护等服务。每个服务实体通过一个服务接入点(SAP)为其上层提供服务接口,并且每个服务接入点(SAP)提供了一系列的基本服务指令来实现相应的功能。Zigbee协议栈中包括应以下各个子层:

(1)APP(Application Programming):应用层目录,这是用户创建各种不同工程的区域,在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容,在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。

(2)HAL(Hardware (H/W) Abstraction Layer):硬件层目录,包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。ZigBee硬件层通过射频固件和射频硬件提供了一个从MAC层以硬件层无线信道的接口。在硬件层中,包含一个硬件层管理实体(PLME),该实体通过调用硬件层的管理功能函数,为硬件层管理服务提供其接口,同时,还负责维护由硬件层所管理的目标数据库,该数据库包含有硬件层个域网络的基本信息。

(3)MAC:介质接入控制子层,包含了MAC 层的参数配置文件及其MAC 的LIB 库的函数接口文件。实现的功能有:1、能产生网络信标。2、支持PAN的连

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接和断开连接。3、同信标保持同步。4、在对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。5、处理和维护GTS机制。6、信道接入采用CSMA-CA接入机制。7、支持设备的安全性。介质访问控制层(MAC)帧被称为MAC协议数据单元(MPDU),其长度不超过127个字节。它具有四种不同的帧形式,即信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。

(4)MT(Monitor Test):实现通过串口可控各层,与各层进行直接交互。 (5)NWK(ZigBee Network Layer):网络层目录,含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件,APS 层库的函数接口。

(6)OSAL(Operating System (OS) Abstraction Layer):协议栈的操作系统。

(7)Profile:AF(Application work) 层目录,包含AF 层处理函数文件。

(8)Security:安全层目录,安全层处理函数,比如加密函数等。 (9)Services:地址处理函数目录,包括着地址模式的定义及地址处理函数。

(10)0Tools:工程配置目录,包括空间划分及ZStack 相关配置信息。 (11)ZDO(ZigBee Device Objects):ZDO 目录。

(12)ZMac: MAC 层目录,包括MAC 层参数配置及MAC 层LIB 库函数回调处理函数。

(13)ZMain:主函数目录,包括入口函数及硬件配置文件。 (14)Output:输出文件目录,这个EW8051 IDE 自动生成的。 3.2.3 ZIGBEE协议栈网络层

ZigBee网络层必须提供一定的功能,其主要是提供一些必要的函数,以保证IEEE 802.15.4-2003ZigBee协议栈的MAC层能够正确操作,正常工作,并且为应用层提供一个合适的服务接口。为了和应用层通信,必须向其提供接口,网络层的概念包括了两个必要的功能服务实体。它们分别为数据服务实体(NLDE)和管理服务实体(NLME)。网络层数据实体(NLDE)通过网络层相关的数据库服务接入点(NLDE-SAP)提供数据传输服务,网络层管理实体(NLME)通过网络层相关的管理库服务接入点(NLME-SAP)提供网络管理服务,网络层管理实体利用网络层数据实体来获得一些网络管理任务,并完成一些网络的管理工作。并且,

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网络层管理实体还维护一个管理对象的数据库,叫做网络信息库(NIB),网络层管理实体完成对网络信息库(NIB)的维护和管理。 3.2.4AODV路由协议

AODV自组织按需请求型距离向量路由协议(Ad Hoc On Demand Distance Vector,简称AODV),AODV采用的是逐跳转发分组方式,在每个节点之间保存了路由请求和路由回答的结果,因此路由的头部不需要携带完整的路由信息,从而提高了协议的效率。算法旨在多个移动节点中建立和维护一个自启动的,动态的,多跳路由的专属网络。它是一种按需的改进的距离向量路由协议,具有按需路由协议的特点即在AODV路由协议中,网络中的每个节点在需要进行通信时才发送路由分组,而不会周期性地交互路由信息以得到所有其它主机的路由;同时具有距离向量路由协议的一些特点,即各节点路由表只维护本节点到其他节点的路由,而无需掌握全网拓扑结构。网络中连接的断开和异动都会影响网络的拓扑结构,AODV 使得移动节点能适时对这种变化做出响应。AODV 的操作是无自环的,并且由于解决了 Bellman-Ford“无穷计数”的问题,使得该算法在网络拓扑变化时能够快速收敛。当一个连接断开时,AODV 会告知所有受到影响的节点,这些节点会让用到这个连接的路由失效。AODV 的一个显著特点是它在每个路由表项上使用了目的序列号。目的序列号由目的节点创建,并且被包含在路由信息中,然后这些路由信息将被回发到所有向它发起请求的节点。目的序列号的使用确保了无回环,并且易于编程。如果到一个目的有两条路由可供选择,那么收到请求的节点将会选择序列号最大的那一条。此外,AODV另一个显著的特点是它加入了组播路由协议扩展,并支持QOS。它的缺点是:不支持单向信道,原因是AODV协议基于双向信道的假设工作,路由回答分组直接沿着路由请求的反方向回到源节点。

3.3总体软件结构图

该温湿度数据采集系统是由温湿度探头直接以IIC接口进行控制,并用CC2530 读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据,并将采样到的数据转换然后再LCD显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O(P1.0和P1.1)模拟一个类IIC得过程,而使用的SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片。因

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此,可以将该过程划分为三个子模块:温度数据采集模块、数据处理模块、湿度数据采集模块,其总体软件结构图如图1-3所示。

温度采集模块 数据处理模块 湿度处理模块 电源模块

图1-3 总体软件结构图

3.4核心程序代码

void main() {

int tempera; int humidity; char s[16];

UINT8 adc0_value[2]; float num = 0;

SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); // 设置系统时钟源为 32MHz 晶体振荡器

GUI_Init(); // GUI 初始化

GUI_SetColor(1,0); // 显示色为亮点,背景色为暗点

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