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1、精品学习资源基 ZigBee 技术地森林火灾监测系统地网关设计摘要该文在探讨森林起火地因素地基础上,介绍了一种基于ZigBee 技术地森林火灾监测系统.该系统采纳无线传感网络结合上位机数据处理中心地框架,实行 ZigBee 技术无线通信方案 ,给出了森林火灾网络监测系统地体系结构.在系统地总体框架下,重点设计了基于CC2430 芯片地网络节点硬件电路 ,分析了 ZigBee 组网地设计方案 ,包括软件设计和硬件设计,详尽地争论了网络地数 据传输流程 .该系统能够检测林区温湿度等相关环境参数地变化.最终 ,对节点性能和整个检测系统做了测试 ,证明白系统地稳固性和其数据传输地牢靠性.关键词 ； Z
2、igBee ；火灾检测 ；网络节点ABSTRACTCompared with the popular techniques for forest fire detection,a solution of wireless forest fire monitoring system based on ZigBee technology is introduced.This system combines a framework ofwireless sensor network host data processing center.The architecture of wireless se
3、nsor network for forest fire detection was described also,And the hardware circuitof networks nodweas designed based on the chip of CC2430 in this paper,the design of ZigBee network is mainly analyzed,includingits hardware design and software design,as well as the process of data transmission was di
4、scussed in detail.Some environment parameters such as temperature ,in the forest region can be monitored real- timely.Finally,node performance and monitoring system are tested to prove its stability and reliability of transmission.Keywords: ZigBee ；fire detection ； network node目录1. 绪 论11.1 课题背景1欢迎下载
5、精品学习资源1.2 课题争论地目地和意义21.3 国内外争论简况41.4 论文地主要争论内容及论文支配42. ZigBee 协议及所采纳地芯片介绍62.1 ZigBee 概述62.2 ZigBee 网络基础72.2.1 网络节点类型82.2.2 网络拓扑形式82.2.3 工作模式102.3 CC2430 芯片102.3.1 CC2430 概述102.3.2 CC2430 芯片地主要特点113. 基于 ZigBee 地温度采集系统133.1 开发环境简介133.1.1 C51RF-3-PK ZigBee无线网络技术专业开发平台133.1.2 IAR Embedded Workbench 简介13
6、3.2 系统具体设计143.2.1 系统整体结构143.2.2 节点地硬件设计153.2.3 下面对每个部分地功能和指标进行具体介绍：163.2.4 系统地程序设计173.2.5 基于 ZigBee 地温度采集系统程序流程图213.3 上位机223.3.1 上位机地功能简介223.3.2 上位机软件地程序地流程图233.3.3 上位机运行成效244. 系统测试264.1 系统测试步骤264.2 系统测试结果264.2.1 系统地硬件测试264.2.2 协议栈地测试264.2.3 上位机地测试264.3 系统测试结果分析26结论27致谢28参考文献29欢迎下载精品学习资源1. 绪 论1.1 课题
7、背景信息技术进展日新月异 ,传统地有线通信方式由于其成本高、布线复杂,已经不能完全满意人们地应用需求了 .由此 ,无线通信技术应运而生 .无线网络技术依据传输范畴来划分 ,可分为无线广域网、无线城域网、无线局域网和无线个人域网.无线个人域网即短距离无线网络,典型地短距离无线传输技术有：蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、WiFi 等.在工业掌握、家庭自动化和遥测遥感领域,蓝牙（ Bluetooth）虽然成本较低 ,成熟度高 ,但是传输距离有限 ,仅为 10M, 可以参加组网地节点少 .WiFi 虽然传输速度较快,传输距离达到 100M,但是其价格偏高 ,功耗较大 ,组网才能较差 .相比之
8、下 ZigBee 技术就主要针对低成本、低功耗和低速率地无线通信市场,具有如下特点：功耗低：工作模式情形下 ,ZigBee 技术传输速率低 ,传输数据量很小 ,因此信号地收发时间很短 ,其次在非工作模式时 ,ZigBee 节点处于休眠模式 .设备搜寻时延一般为30ms,休眠激活时延为 15ms,活动设备信道接入时延为 15ms.由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采纳了休眠模式,使得 ZigBee 节点特别省电 ,ZigBee 节点地电池工作时间可以长达6 个月到 2 年左右 .同时,由于电池时间取决于许多因素 ,例如：电池种类、容量和应用场合 ,ZigBee 技术在协议上对电池使用也作了优化
9、 .对于典型应用,碱性电池可以使用数年,对于某些工作时间和总时间（工作时间+休眠时间）之比 小 于1% 地 情 况 , 电 池 地 寿 命 甚 至 可 以 超 过10年 .数据传输牢靠： ZigBee 地媒体接入掌握层（ MAC 层）采纳 talk-when-ready 地碰撞防止机制 .在这种完全确认地数据传输机制下 ,当有数据传送需求时就马上传送 ,发送地每个数据包都必需等待接收方地确认信息,并进行确认信息回复 ,如没有得到确认信息地回复就表示发生了碰撞 ,将再传一次 ,采纳这种方法可以提高系统信息传输地牢靠性 .同时为需要固定带宽地通信业务预留了专用时隙,防止了发送数据时地竞争和冲突 .
10、同时 ZigBee 针对时延敏锐地应用做了优化 ,通信时延和休眠状态激活地时延都非常短.欢迎下载精品学习资源网络容量大： ZigBee 低速率、低功耗和短距离传输地特点使它特别相宜支持简单器件 .ZigBee 定义了两种器件：全功能器件（ FFD）和简化功能器件（ RFD） .对全功能器件 ,要求它支持全部地 49 个基本参数 .而对简化功能器件 ,在最小配置时只要求它支持 38 个基本参数 .一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按 3 种方式工作 ,分别为：个域网和谐器、和谐器或器件 .而简化功能器件只能与全功能器件通话 ,仅用于特别简洁地应用 .一个 ZigBee 地
11、网络最多包括有255 个 ZigBee 网路节点 ,其中一个是主控（ Master）设备 ,其余就是从属（ Slave）设备 . 如是通过网络和谐器（ Network Coordinator） ,整个网络最多可以支持超过 64000 个ZigBee 网路节点 ,再加上各个 Network Coordinator 可相互连接 ,整个 ZigBee 网络节点地数目将十分可观.兼容性： ZigBee 技术与现有地掌握网络标准无缝集成. 通过网络和谐器（Coordinator）自动建立网络 ,采纳载波侦听 /冲突检测（ CSMA-CA ）方式进行信道接 入.为了 可 靠 传 递 ,仍 提 供全 握 手
12、 协议 . 安全性： Zigbee 供应了数据完整性检查和鉴权功能,在数据传输中供应了三级安全性.第一级实际是无安全方式 ,对于某种应用 ,假如安全并不重要或者上层已经供应足够地安全爱护 ,器件就可以挑选这种方式来转移数据.对于其次级安全级别 ,器件可以使用接入掌握清单（ ACL ）来防止非法器件猎取数据 ,在这一级不实行加密措施. 第三级安全级别在数据转移中采纳属于高级加密标准（AES）地对称密码 .AES 可以 用 来 保 护 数 据 净 荷 和 防 止 攻 击 者 冒 充 合 法 器 件 . 实现成本低：模块地初始成本估量在6 美元左右 ,很快就能降到 1.5-2.5 美元,且Zigbe
13、e 协议免专利费用 .目前低速低功率地 UWB 芯片组地价格至少为20 美元.而ZigBee 地价格目标仅为几美分 .由于 ZigBee 技术具有上述特点 ,因而广泛应用在短距离低速率电子设备之间地数据传输 .ZigBee 联盟猜测地主要应用领域包括工业掌握、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备掌握等 .1.2 课题争论地目地和意义ZigBee 技术具有低成本、低功耗、近距离、短时延、高容量、高安全及免执欢迎下载精品学习资源照频段等优势 ,广泛应用于智能家庭、工业掌握、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用等领域 .智能家庭：现今家用电器已经随处可见了,如何将这些电器和电子设
14、备联系起 来,组成一个网络 ,甚至可以通过网关连接到Internet,使得用户可以便利地在任何地方监控自己家里地情形？ ZigBee 技术供应了家庭智能化地技术支持 ,在 ZigBee 技术地支持下 ,家用电器可以组成一个无线局域网 ,省却了在家里布线地苦恼 .工业掌握：工厂环境当中有大量地传感器和掌握器,可以利用 ZigBee 技术把它们连接成一个网络进行监控 ,加强作业治理 ,降低成本 .自动抄表：现在在大多数地方仍是使用人工地方式来逐家逐户进行抄表,特别不便利 .而 ZigBee 可以用于这个领域 ,利用传感器把表地读数转化为数字信号,通过ZigBee 网络把读数直接发送到供应煤气或水电
15、地公司.使用 ZigBee 进行抄表仍可以带来其它好处 ,比如煤气或水电公司可以直接把一些信息发送给用户,或者和节能相结合,当发觉能源使用过快地时候可以自动降低使用速度.医疗监护：医疗工作中 ,经常要获得病人地生理指标、环境指标,可以通过放置传感器构成传感器网络 ,实时监测这些数据 .由于是无线技术 ,传感器之间不需要有线连接,被监护地人也可以比较自由地行动 ,特别便利 .传感器网络应用：传感器网络也是最近地一个争论热点,像货物跟踪、建筑物监测、环境爱护等方面都有很好地应用前景.传感器网络要求节点低成本、低功耗, 并且能够自动组网、易于爱护、牢靠性高.ZigBee 在组网和低功耗方面地优势使得
16、它成为传感器网络应用地一个很好地技术挑选.此外,ZigBee 技术也可以应用到汽车电子、农业生产和军事领域中.随着物联网技术地日渐兴起 ,ZigBee 技术将会扮演更为重要地角色 .但是,物联网地全面普及将是一个特别漫长地过程 ,至少目前仍在探究和试验阶段 ,距离有用仍有很长地路要走 .虽然前景一片大好 ,但是我们应当清晰熟悉到由于各方面地制约 ,ZigBee 技术地大规模商业应用仍有待时日 ,基于 ZigBee 技术地无线网络应用仍远远说不上成熟 ,主要表现在： ZigBee 市场仍处于起步探究阶段 ,终端产品和应用大多处于研发阶段 ,真正上市地少 ,且以家庭自动化为主；潜在应用多 ,但具有
17、很大出货量地典型应用少 ,市欢迎下载精品学习资源场缺乏明确方向；使用点对多点星状拓扑地应用较多,表达 ZigBee 优势地网状网络应用少；基于 IEEE 802.15.4 底层协议地应用多 ,而基于 ZigBee 标准协议地应用少 .1.3 国内外争论简况ZigBee 作为一种新兴地国际标准短距离无线通信协议,其协议栈体系结构是基于标准七层开放式系统互联参考模型OSI, IEEE 802.15.4-2003 标准定义了下面地两层：物理层和媒体接入掌握子层；网络层、应用会聚层、应用层由ZigBee 联盟制订.2002 年 ,ZigBee 联盟创立 ,创始者包括 IC 供应商、无线 IP 供应商、
18、设备制造商、测试设备制造商和最终产品制造商等 ,这些企业能供应适应 ZigBee 地产品和解决方案.ZigBee 联盟于 2004 年底发布了 ZigBee 协议 10 版本规范 ,2006 年 11 月发布了 ZigBee 协议 11 版本规范 ,2007 年 10 月发布了 ZigBee Pro版本规范 .ZigBee 联盟地主要目标是以通过加入无线网络功能,为消费者供应更富有弹性、更简洁使用地电子产品 .ZigBee 技术能融入各类电子产品 ,应用范畴横跨全球地民用、商用、公共事业以及工业等市场 .使得联盟会员可以利用 ZigBee 这个标准化无线网络平台 ,设计出简洁、牢靠、廉价又节约
19、电力地各种产品来.飞思卡尔推出了全球首个符合ZigBee 标准地平台 ,使得制造商能够将ZigBee 技术应用于传感和监控领域.截止至2005 年 4 月,已有 Texas Instruments收购Chipcon、Freeseale、CompXs、Ember 等四家公司通过了 ZigBee 联盟对其产品所作地测试和兼容性验证.目前市场上 RF 主流芯片地供应商包括TI 、EMBER 、FREESCALE 以及 JENNIC, 他们分别推出单芯片解决方案CC2430 CC2431、EM250、MCl321x 以及 JN5121,在市场上极具竞争力 .主流地商用 ZigBee 地协议栈为 Fig
20、ure8 wireless供应地 F8w Z-Stack.1.4 论文地主要争论内容及论文支配本文主要争论了基于 ZigBee 地温度检测系统地设计 ,包括网关地硬件设计、无线传感器网络地组建以及上位机地编程实现.本文地支配如下：欢迎下载精品学习资源第一部分阐述了设计地背景、目地和意义以及目前国内外地ZigBee 争论进展情形.其次部分介绍了ZigBee 地协议栈结构、各层地功能、ZigBee 地网络节点类型、网络体系结构及工作模式 ,此外简要介绍了 CC2430 芯片.第三部分介绍了本设计地开发环境以及相关地软硬件设计,包括上位机地设计 .第四部分介绍了该设计地测试过程和调试过程.第五部分对
21、全文进行了总结以及一些个人心得.第六部分为致谢部分 ,对本次设计中给与帮忙和执导地老师以真诚地感谢.第七部分为参考文献 ,是本次设计中所用到地学问点参考资料等.欢迎下载精品学习资源2. ZigBee 协议及所采纳地芯片介绍2.1 ZigBee概述ZigBee 一词来源于蜜蜂赖以生存地通信方式ZigZag 外形地舞蹈 ,是一种低成本、低功耗地近距离无线组网通信技术 .2000 年,IEEE 802.15 工作组成立地任务组TG4（ Task Group,TG）制定了 IEEE 802.15.4 标准.该标准以低能耗、低速率传输、低成本为重点目 标,为设备之间地低速无线互连供应了统一标准,就是 Z
22、igBee 无线通信技术 .ZigBee 协议是基于 IEEE 802.15.4 标准地 ,由 IEEE 802.15.4 和 ZigBee 联盟共同制定.IEEE 802.15.4 工作组制定 ZigBee 协议地物理层（ PHY）和媒体拜访掌握层（ MAC 层）协议 .ZigBee 联盟成立用于 2002 年,定义了 ZigBee 协议地网络层（ NWK ）、应用层（ APL）和安全服务规范 .协议栈结构如图 2-1.应用层（含应用接口用户层）安全层ZigBee 联盟网络层MAC 层IEEE 802.15.4物理层图 2-1 ZigBee协议栈结构ZigBee 协议由物理层 PHY 、介质
23、拜访掌握子层MAC 、网络层 NWK, 应用层APL 及安全服务供应层SSP五块内容组成 .其中 PHY 层和 MAC层标准由 IEEE802.15.4 标准定义 ,MAC 层之上地 NWK 层,APL 层及 SSP层,由 ZigBee 联盟地 ZigBee 标准定义.APL 层由应用支持层 APS,应用框架 AF 以及 ZigBee 设备对象 ZDO 及 ZDO 治理平台组成 .欢迎下载精品学习资源PHY 层定义了无线射频应当具备地特点, 供应了 868MHz-868.6MHz 、902MHz- 928MHz 和 2400MHz-24835MHz 三种不同地频段 ,分别支持 20kbps、4
24、0kbps 和 250kbps 地传输速率 ,1 个、10 个以及 16 个不同地信道 .ZigBee 地传输距离与输出功率和环境参 数有关 ,一般为 10 100M 之间.PHY 层供应两种服务： PHY 层数据服务和 PHY 层治理服务,PHY 层数据服务是通过无线信道发送和接收物理层协议数据单元PPDU,PHY 层地特性是激活和关闭无线收发器、能量检测、链路质量指示、闲暇信道评估、通过物理媒介接收和发送分组数据 .MAC 层使用 CSMA-CA 冲突防止机制对无线信道拜访进行掌握,负责物理相邻设备问地牢靠链接 ,支持关联 Association和退出关联 Disassociation以及
25、 MAC 层安全 .MAC 层供应两种服务： MAC 层数据服务和 MAC 层治理服务 ,MAC 层数据服务通过物理层数据服务发送和接收 MAC层协议数据单元 MPDU.MAC层地主要功能是：进行信标治理、信道接入、保证时隙 GTS治理、帧确认应答帧传送、连接和断开连接.NWK层供应网络节点地址安排 ,组网治理 ,消息路由 ,路径发觉及爱护等功能 .NWK 层主要是为了确保正确地操作IEEE 802.15.4 2003MAC 子层和为应用层供应服务接口.NWK 层从概念上包括两个服务实体：数据服务实体和治理服务实体.NWK 层地责任主要包括加入和离开一个网络用到地机制、应用帧安全机制和他们地目
26、地地路由帧机制,ZigBee 和谐器地网络层仍负责建立一个新地网络.ZigBee 应用层包括应用支持子层 APS 子层、应用框架 AF 和 ZigBee 设备对象ZDO.APS 子层负责建立和爱护绑定表 ,绑定表主要依据设备之间地服务和他们地需求使设备相互配对 .ZigBee 地应用框架 AF 为各个用户自定义地应用对象供应了模板式地活动空间 ,并供应了键值对 KVP 服务和报文 MSG 服务供应用对象地数据传输使用 .一个设备答应最多 240 个用户自定义应用对象 ,分别指定在端点 l 至端点 240 上.ZDO 可以看成是指配到端点 O 上地一个特殊地应用对象 ,被全部 ZigBee 设备
27、包含 ,是全部用户自定义地应用对象调用地一个功能集 ,包括网络角色治理 ,绑定治理 ,安全治理等 .ZDO 负责定义设备在网络中地角色 例如是 ZigBee 和谐器或者 ZigBee 终端设备 、发觉设备和打算他们供应哪种应用服务,发觉或响应绑定恳求 ,在网络设备之间建立牢靠地关联.安全服务供应者 SSPSecurity Service Provider向NWK 层和 APS 层供应安全服务 .ZigBee 协议层与层之间是通过原语进行信息地交换和应答地.大多数层都向上层提欢迎下载精品学习资源供数据和治理两种服务接口 ,数据 SAPService Access Point和治理 SAPServ
28、ice Access Point.数据服务接口地目标是向上层供应所需地常规数据服务,治理服务接口地目标是向上层供应拜访内部层参数、配置和治理数据地机制.2.2 ZigBee网络基础ZigBee 网络基础主要包括设备类型 拓扑结构和路由方式三方面地内容 ,ZigBee 标准规定地网络节点分为和谐器（和终端节点（ End Device）. 节点类型是网络层地概念网络具有三种拓扑形式：星型 拓扑、树型拓扑、网状拓扑2.2.1 网络节点类型(1) 和谐器（ Coordinator）在各种拓扑形式地 ZigBee 网络中,有且只有一个和谐器 ,它负责挑选网络所使用地频率通道、建立网络并将其他节点加入网络
29、、供应信息路由、安全治理和其他服务.(2) 路由器（ Router）当采纳树型和网状拓扑结构时 ,需要用到路由器节点 ,它也可以加入和谐器 ,是网络远距离延长地必要部件 .它负责发送和接受节点自身信息；节点之间转发信息；答应子节点通过它加入网络 .(3) 终端节点终端节点地主要任务就是发送和接收信息,通常一个终端节点不处在数据收发状态时可进入休眠状态以降低能耗 .2.2.2 网络拓扑形式(1) 星型拓扑星型拓扑是最简洁地拓扑形式 ,如图 2-2.图中包含一个和谐器节点和一些终端节点. 每一个终端节点只能和和谐器节点进行通讯,在两个终端节点之间进行通讯必需通过协 调器节点进行转发 ,其缺点是节点
30、之间地数据路由只有唯独路径.欢迎下载精品学习资源(2) 树型拓扑树型拓扑结构如图子节点地路由器节点也可以连接路由器节点和终端节点直接通信只可以在父节点和子节点之间进行,非父子关系地节点只能间接通信欢迎下载精品学习资源(3) 网状拓扑图 2-3树状拓扑结构欢迎下载精品学习资源网状拓扑如图 2-4.网状拓扑具有敏捷路由挑选方式 ,假如某个路由路径显现问题 ,信息可自动沿其他路径进行传输网络会自动依据 ZigBee 协议算法挑选最优化路径图 2-4网状拓扑结构欢迎下载精品学习资源2.2.3 工作模式ZigBee 网络地工作模式可以分为信标 Beacon模式和非信标 Non-beacon模式两种 .
31、信标模式可以实现网络中全部设备地同步工作和同步休眠 以达到最大限度地节约功耗 , 而非信标模式只答应和谐器和全部路由器设备长期处于工作状态 .在信标模式下向网络广播信标帧这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分非信标模式下终端节点主动向其父节点提取数据地机制网络中全部地父节点需要为自己地子节点缓存数据帧周期性地醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要2.3 CC2430 芯片2.3.1 CC2430 概述CC2430 是一颗真正地系统芯片 SoCCMOS 解决方案 .这种解决方案能够提高性能并满意以 ZigBee 为基础地 2.4GHz ISM 波段应用
32、,及对低成本 ,低功耗地要求 .它结合一个高性能 2.4GHz DSSS直接序列扩频 射频收发器核心和一颗工业级小巧高效地8051 掌握器.图 2-5 为芯片 CC2430 地引脚及外接电路图 .欢迎下载精品学习资源图 2-5 CC2430 外接电路图CC2430 地尺寸只有 77mm 48-pin 地封装,采纳具有内嵌闪存地 0.18 微 M CMOS 标准技术 .这可实现数字基带处理器 ,RF、模拟电路及系统储备器 整合在同一个硅晶片上 .CC2430 包含一个增强型工业标准地 8 位 8051 微掌握器内核 ,运行时钟 32MHz. CC2430 包含一个DMA掌握器 .8K 字节静态R
33、AM, 其中地 4K 字节是超低功耗SRAM.32K,64K 或 128K 字节地片内 Flash块供应在电路可编程非易失性储备器 .CC2430 集成了 4 个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个 32MHz 晶体振荡器 ,一个 16MHz RC- 振荡器,一个可选地 32.768kHz 晶体振荡器和一个可选地 32.768kHz RC 振荡器.CC2430 也集成了用于用户自定义应用地外设 .一个 AES 协处理器被集成在 CC2430 之中,用来支持 IEEE 802.15.4 MAC 安全所需地（ 128 位关键字） AES 地运行,以尽可能少地占用微掌握器 .中断掌握器为总共 18 个
34、中断源供应服务 ,他们中地每个中断都被给予 4 个中断优先级中地某一个 .调试接口采纳两线串行接口, 该接口被用于在电路调试和外部Flash 编程.I/O 掌握器地职责是 21 个一般 I/O 口地敏捷安排和牢靠掌握 .CC2430 包括四个定时器：一个 16 位 MAC 定时器,用以为 IEEE 802.15.4 地 CSMA- CA 算法供应定时以及为 IEEE 802.15.4 地 MAC 层供应定时 .一个一般地 16 位和两个 8 位定时器 ,支持典型地定时 /计数功能 ,例如,输入捕获、比较输出和 PWM 功能.CC2430 内集成地其他外设有 : 实时时钟；上电复位； 8 通道,
35、8 14 位 ADC ；可编程看门狗；两个可编程 USART,用于主 /从 SPI 或 UART 操作.为了更好地处理网络和应用操作地带宽 ,CC2430 集成了大多数对定时要求严格地一系列 IEEE 802.15.4 MAC 协议,以减稍微掌握器地负担 .这包括：自动前导帧发生器、同步字插入 /检测、 CRC-16 校验、 CCA 、信号强度检测 /数字 RSSI、连接品质指示 LQI 和 CSMA/CA 协处理器 .2.3.2 CC2430 芯片地主要特点CC2430 芯片延用了以往 CC2420 芯片地架构 ,在单个芯片上整合了 ZigBee 射频RF前端、内存和微掌握器 .它使用 1
36、个 8 位 MCU （ 8051） ,具有 128 KB 可编程闪存和 8欢迎下载精品学习资源KB 地 RAM, 仍包含模拟数字转换器 ADC 、几个定时器（ Timer）、AES128 协同处理器、看门狗定时器（ Watchdog timer）、32 kHz 晶振地休眠模式定时器、上电复位电路Power On Reset、掉电检测电路 Brown out detection,以及 21 个可编程 I/O 引脚.CC2430 芯片采纳 0.18 m CMOS工艺生产；在接收和发射模式下 ,电流损耗分别低于 27 mA 或 25 mA.CC2430 地休眠模式和转换到主动模式地超短时间地特性 ,
37、特殊适合那些要求电池寿命特别长地应用 .欢迎下载精品学习资源3. 基于 ZigBee 地温度采集系统3.1 开发环境简介3.1.1 C51RF-3-PK ZigBee无线网络技术专业开发平台成都无线龙 ZigBee 协议栈高级开发系统 C51RF-3 是一款经济、高效、便利地开发工具套装 ,满意 IEEE 802.15.4 标准和 ZigBee 技术标准地无线网络技术设计开发 .C51RF-3-PK 开发平台具有以下特点：（1） ）具有 USB 高速下载、支持 IAR 集成开发环境；（2） ）具有在线下载、调试、仿真功能；（3） ）可以依据需求选配多种扩绽开发板；（4） ）开发便利、快捷、简洁
38、；（5） ）功能强大地 C51RF-3 仿真器,不仅可以实现对CC2430/CC2431 程序下载 ,仍可实现开发仿真调试；（6） ）多种扩展板既有简洁开发按键、又有液晶显示及各种传感器,不但可以实现简洁地 CC2430/CC2431开发,仍可作复杂地 ZigBee 无线网络 .3.1.2 IAR Embedded Workbench简介IAR Embedded Workbench（简称 EW）地 C/C+交叉编译器和调试器是今日世界最完整地和最简洁使用专业嵌入式应用开发工具.EW 今日已经支持 35 种以上地 8 位/16 位 32 位 ARM 地微处理器结构 ,对不同地微处理器供应一样直观
39、用户界面.EW 包括：嵌入式 C/C+ 优化编译器 ,汇编器 ,连接定位器 ,库治理员 ,编辑器 ,工程治理器和 C-SPY 调试器.使用 IAR 地编译器最优化最紧凑地代码 ,可以节约硬件资源 ,最大限度地降低产品成本 ,提高产品竞争力 .IAR Embedded Workbench集成地编译器主要产品特点：. 高效 PROMable 代码. 完全标准 C 兼容. 内建对应芯片地程序速度和大小优化器. 目标特性扩充. 版本掌握和扩展工具支持良好. 便利地中断处理和模拟欢迎下载精品学习资源. 瓶颈性能分析. 高效浮点支持. 内存模式挑选. 工程中相对路径支持IAR Systems 地 C/C+
40、编译器可以生成高效牢靠地可执行代码 ,并且应用程序规模越大,成效明显 .与其他地工具开发厂商相比 ,系统同时使用全局和针对具体芯片地优化技术. 连接器供应地全局类型检测和范畴检测对于生成目标地代码地质量是至关重要.IAR Embedded Workbench 是一套完整地集成开发工具集合：包括从代码编辑器、工程建立到 C/C+ 编译器、连接器和调试器地各类开发工具.它和各种仿真器、调试器紧密结合 ,使用户在开发和调试过程中,仅仅使用一种开发环境域面,就可以完成多种微掌握器地开发工作 .除上述地几点之外, 在 IAREmbedded Workbench,IAR Systems 仍供应了visua
41、l STATE和 IAR MakeApp 两套图形开发工具帮忙开发者完成应用程序地开发,它可以依据设计自动生成应用程序代码和自动生成驱动程序,使开发者摆脱这些耗时地任务同时保 证了代码地质量 .3.2 系统具体设计3.2.1 系统整体结构本设计所实现地无线温度采集系统以C51RF-3-PK 开发平台为核心 ,使用了两块表演板,利用芯片自带地温度传感器采集温度值,充分发挥了 C51RF-3-PK 开发平台地丰富资源.在上位机上 ,采集地温度实时地显示出来 ,并且通过折线图动态描画出温度地变化趋势.考虑到可能采集多个节点地温度 ,上位机可以依据客户要求切换不同节点地温度折线图.为了便利对以往数据地
42、查看 ,采集到地数据被实时储存到了文档之中 .本系统由三类节点组成： ZigBee 和谐器节点、路由器节点、传感器节点.图 3-1 所示是其组成示意图 ,其中 ZigBee 和谐器是分布式处理中心 ,即汇聚节点 .多个传感器节点置于不同地监测区域 ,每个传感器节点会先把数据传给汇聚节点,然后汇聚节点把数据通过串口传给上位机做进一步处理并显示给用户.和谐器节点可以与多个传感器节点通信, 这样可以使本系统同时监测多个区域,何时检测哪个区域通常由用户通过和谐器节点来 掌握.当被检测区域地障碍物较多或者和谐器节点距离传感器节点较远时,可以通过增加路由器节点来增强网络地稳固性 .当用户没有数据恳求时 ,
43、传感器节点只进行低功耗地信欢迎下载精品学习资源道扫描.3.2.2 节点地硬件设计(1) 和谐器节点地硬件设计ZigBee 和谐器节点硬件设计如图该节点由无线收发器CC2430、射频天线RF、电源模块、晶振电路和串口电路组成地输入输出是高阻和差动地 .当使用不平稳天线 例如单极天线 时,为了优化性能 ,应当使用不平稳变压器 .不平稳变压器可以运行在使用低成本地单独电感器和电容器地场合.电源模块用于 CC2430 地数字 I/O 和部分模拟 I/O 地供电,供电电压为 2 0 3 6 V.CC2430 可以同时接 32 MHz 和 32768kHz 地两种频率地晶振电路 ,以满意不同地要求 .串口
44、电路用于CC2430 将接收到地数据传送给上位机 ,由于上位机与 CC2430 地电平不一样 ,所以需要一个 MAX232 电平转换电路 .欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源(2) 路由器节点地硬件设计图 3-2和谐器节点欢迎下载精品学习资源路由器节点地主要任务是将不同区域地数据从传感器节点路由到和谐器节点,因此, 该电路比较简洁 ,该节点由无线收发器 CC2430、射频天线 RF、电源模块和晶振电路组成.(3) 传感器节点地硬件设计传感器节点和硬件设计如图3-3 所示 ,该节点由无线收发器CC2430、射频天线RF、电源模块、晶振电路和串口电路组成 .由于 CC2430 芯片本身带有温
45、度传感器 ,因而本试验直接采纳了 CC2430 地内置温度传感器监测温度 .但是该温度传感器地精度有限 , 假如要求更高地精度 ,可以扩展出一个温度传感器 ,如 DS18B20.3.2.3 下面对每个部分地功能和指标进行具体介绍：(1) 信息收集终端：即和谐器完成网络地建立与爱护 ,和节点之间绑定地建立 ,实现数据地汇总 ,然后以有线地方式传送到上位机软件 ,进行进一步数据处理 .本设计采纳 RS-232 串口将采集到地数据发送到上位机(2) 温度采集终端：即节点温度采集终端可以实现网络地加入、与和谐器绑定地建立、温度地检测检测到地温度通过 ZigBee 无线网络发送到和谐器.(3) 上位机：位于监控室 ,完成对所采集温度地汇总与显示 .采集到地数据实时储存到文档中,同时以折线图地势式实时反映出温度地变化趋势,使其更为直观 .显示地折线图可欢迎下载精品学习资源以在不同节点之间切换 .3.2.4 系统地程序设计（1） ） 设备地描述程序中 ,两种设备被配置：传感器和中心收集设备3. 中心收集设备作为和谐器或路由器启动 ,描述为： const SimpleDescriptionFormat_t zb_SimpleDesc =MY_ENDPOINT_ID,/端点MY_PROFILE_ID,/ Profile ID DEV_ID_COLLECTOR