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1、陕西理工学院毕业设计题 目基于于Ziggbeee技术的的无线环环境监测测系统的的设计学生姓名 学号 所在学院 数学学与计算算机科学学技术学学院专业班级 计算机机科学与与技术班班指导教师 完成地点 陕陕西理工工学院 201年 6月113日本科毕业设设计任务务书院(系)数数学与计计算机科科学学院院 专专业班级级计算机机科学与与技术(计算机机) 学学生姓名名一、毕业设设计题目目基于ZZigbbee技技术的无无线环境境监测系系统的设设计 二、毕业设设计工作作自2001年11 月_27_日 起起至 2201年年6 月20 日止止三、毕业设设计进行行地点:陕西理理工学院院 四、毕业设设计内容容要求:熟悉嵌
2、入式式系统的的设计过过程,采采用Ziigbeee技术术,传感感器技术术,设计计实现基基于Ziigbeee技术术的无线线环境监监测系统统,毕业业设计内内容主要要包括:(1)对环环境信息息如温湿湿度、光光照等通通过相应应的传感感器进行行采集。(2)串口口编程,通通过串口口通信将将采集到到的数据据传给zzigbbee通通信模块块。 (3)研究究Ziggbeee技术,通通过ziigbeee模块块将采集集到的信信息发送送到控制制端。(4)控制制端将接接收到信信息进行行保存、信信息,提提供相应应的查询询功能。(5)研究究如何为为系统的的管理提提供人性性化界面面及快捷捷的管理理方式。学生应具备备的专业业知识
3、: (11)掌握握嵌入式式系统编编程的整整体流程程。 (22)熟练练掌握CC语言编编程,QQT编程程。 (33)对zzigbbee的的工作原原理和流流程有一一定的了了解,做做到熟练练使用。成果形式:(1)基于于Ziggbeee技术的的无线环环境监测测系统;(2)毕业业设计说说明书;(3)用户户手册。开题时间:20114年33月155日,并并于此前前提交开开题报告告课题完成时时间:220144年5月月30日日 答答辩时间间:20014年年6月110前 指 导 教教 师系系(教 研 室室) 计算机机工程教教研室 系(教研室室)主任签签名批准准日期接受设计任任务开始始执行日日期2001学生生签名基于
4、ziggbeee技术的的无线环环境监测测系统的的设计与与实现马强(陕西理工工学院数数学与计计算机科科学学院院计算机机科学与与技术专专业13班)指导教师:陈【摘要】本本系统研研究分析析了传感感器、ZZigBBee技技术的基基本理论论,设计计实现了了基于zzigbbee无无线环境境监测系系统。系系统采用用80CC52单单片机控控制DHHT111度传感感器采集集温湿度度数据、zzigbbee无无线模块块进行数数据传输输,用户户在服务务器端可可实时的的对环境境参数进进行监测测。经过过测试系系统运行行稳定,采采集数据据准确,可可用于各各种不同同环境下下的信息息监测。【关键词】DHT11;无线传感器; Z
5、igBee;80C52Desiggnannd iimpllemeentaatioon oof wwireelesss eenviironnmenntall moonittoriing sysstemm baasedd onn ZiigBeee TTechhnollogyyMa loongqqianng(Shaaanxii Innstiitutte oof mmathhemaaticcs aand commputter sciiencce, commputter sciiencce aand tecchnoologgy pproffesssionnal 1033 cllasss)Teachher
6、: Chhen YonngAbstrractt:Thhe ssysttem anaalyssis of thee baasicc thheorry oof tthe sennsorr, tthe ZiggBeee teechnnoloogy,dessignn annd iimpllemeentaatioon oof wwireelesss eenviironnmenntall moonittoriing sysstemm baasedd onn ziigbeee. Thee syysteem uusess 800C522 SCCM cconttroll DHHT111 teempeerattu
7、ree annd hhumiiditty ddataa coolleecteed bby ssenssorss, ZZigBBee wirreleess datta ttrannsmiissiion moddulee,usserss caan rreall-tiime monnitoorinng oof eenviironnmenntall paarammeteers on thee seerveer. Aftter thee teest sysstemm iss sttablle, acccuraate datta ccolllecttionn, ccan be useed ffor mon
8、nitoorinngvaarioous envviroonmeent.Keywoord:DHTT11 ; eenviironnmenntall moonittoriing wirreleess sennsorr;ZiggBeee ; 80CC52目录引言11 绪 论论21.1 研研究背景景及现状状21.2 研研究目的的及意义义21.3 开开发工具具的选择择22 硬件系系统设计计42.1 设设计原则则42.2 硬硬件系统统结构42.3 数数据采集集模块62.4 串串口通信信模块82.5 相相应供电电模块93软件系统统设计1113.1 设设计原则则113.2 软软件系统统结构113.3 上上位机监
9、监控软件件设计1113.4 单单片机软软件设计计113.6 zzigbbee网网络节点点软件设设计1443.7 串串口软件件设计154 系统测测试与实实验结果果分析1174.1 软软件编译译与烧写写174.2 软软件测试试174.3 硬硬件测试试174.4 温温湿度传传感器节节点测试试结果分分析177致 谢200参考文献221科技外文文文献222附 录A:源程序序代码229附 录B:系统使使用说明明34引 言环境监测的的主要目目标是通通过检测测环境变变量参数数及变化化趋势的的数据,判判断环境境质量,评评价当前前主要环环境问题题,为环环境管理理服务。环环境监测测是科学学管理环环境和环环境执法法监
10、督的的基础。环环境监测测是环境境保护必必不可少少的基础础性工作作,是环环保部门门的立身身之本。通通过环境境监测可可以搞清清楚污染染物种类类和分布布状况,明明确污染染途径,预预测污染染变化趋趋势,预预警可能能出现的的环境问问题。环环境监测测根据环环境管理理的需要要来测定定、获取取、解释释、运用用数据。环环境监测测还可作作为环境境执法监监督的技技术基础础和技术术仲裁,为为环境管管理决策策、环境境规划、实实施总量量控制、排排污收费费、环境境指标考考核、环环境工程程、监视视污染源源排污和和评价治治理措施施及效果果验收服服务。在在经历了了环境监监测是环环境保护护的“眼睛”、“哨兵”、“基础”、“重要支支
11、柱”的认识识过程后后,现在在明确提提出基于于无线网网络的环环境监测测是“一项政政府行为为”,体现现了对环环境监测测重要性性认识的的深化。环环境监测测在正确确认识环环境质量量,解决决现存或或潜在的的环境问问题,改改善生活活环境和和生态环环境,协协调人类类和环境境的关系系,最终终实现人人类的可可持续发发展中起起着举足足轻重的的作用。第 69 页 共 34 页1 绪 论论1.1 研研究背景景及现状状近年来,随随着无线线网络技技术的发发展,各各种基于于无线网网络传感感器技术术的产品品层出不不穷。同同时,由由于环境境的不断断恶化,人人们对环环境保护护和环境境监测提提出了更更高的要要求,越越来越多多的企业
12、业和机构构都致力力于在环环境监测测系统中中应用无无线传感感器网络络技术的的研究。基基于无线线传感器器网络的的环境监监测系统统适合于于在煤矿矿、油田田安全监监测,温温室环境境监测、环环保部门门的大气气监测、突突发性环环境事故故的预测测及分析析、特殊殊污染企企业的监监测,生生物群种种的生态态环境监监测以及及家庭、办办公室及及商场空空气质量量监测等等领域应应用。利利用无线线传感器器网络实实现环境境监测的的应用领领域一般般具有以以下特点点:(1)无人人环境、环环境恶劣劣或超远远距离情情况下信信息的采采集和传传送,保保证系统统工业级级品质安安全可靠靠。(2)生物物群种对对于外来来因素非非常敏感感,人类类
13、直接进进行的生生态环境境监控可可能反而而会破坏坏环境的的完整性性,包括括影响生生态环境境中种群群的习性性和分布布等。(3)需要要较大范范围的通通信覆盖盖,网络络中的设设备相对对比较多多,但仅仅仅用于于监测或或控制。(4)系统统实施、运运行费用用要低,无无需铺设设大量电电缆,支支持临时时性安装装,系统统易于扩扩展和更更新。(5)具有有数据存存储和归归档能力力,能够够使大量量的传感感数据存存储到后后台或远远程数据据库,并并能够进进行离线线的数据据挖掘,数数据分析析也是系系统实现现中非常常重要的的一个方方面。无线传感器器网络是是由大量量节点组组成的面面向任务务的分布布式网络络,它综综合了传传感器、嵌
14、嵌入式计计算、现现代网络络及无线线通信、分分布式信信息处理理等多领领域技术术,通过过各类微微型传感感器实时时采集信信息,由由嵌入式式微处理理器对信信息进行行加工处处理,并并通过无无线通信信网络将将信息传传送至远远程用户户。在国国防安全全、工农农业领域域各种控控制、城城市管理理、生物物医疗、环环境监测测、抢险险救灾、防防恐反恐恐、危险险区域远远程控制制等许多多领域都都有重要要的科研研价值和和实用价价值,具具有十分分广阔的的应用前前景。无线传感器器网络技技术作为为信息科科学技术术领域的的前沿性性技术,已已经引起起了学术术界和工工业界的的广泛关关注。国国外的许许多大学学和研究究机构纷纷纷投入入大量研
15、研发力量量从事无无线传感感器网络络软硬件件系统的的研究工工作。1.2 研研究目的的及意义义本设计以DDHT111传感感器为信信息采集集端,AAT899C522单片机机作为控控制核心心,实时时监测目目标环境境内温度度,湿度度等工业业参数,并并将实测测值通过过ziggbeee发送至至监测终终端。系系统能对对大面积积的多点点温度,湿湿度进行行监测,并并将数据据传输到到PC机机上进行行数据存存储与分分析。整个监测网网络是由由基于ZZigBBee技技术的无无线温、温温湿度传传感器节节点和ZZigBBee无无线网关关组成。无无线温、湿湿度节点点放置于于需要测测量的现现场,执执行温度度和湿度度数据采采集、预
16、预处理和和发送等等工作。通通过无线线传感器器发送给给接收节节点,最最后实时时的显示示温、湿湿度信息息。本次课题主主要是基基于ziigbeee无线线环境监监测系统统的实现现,主要要是为了了解决有有线环境境监测布布线的繁繁琐,有有线监测测在环境境变化后后更改和和重用的的难度较较大,无无人和恶恶劣环境境下对监监测的不不可实现现性。同同时,无无线传感感技术作作为国际际备受关关注的前前沿热点点领域,致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、具有较好的兼容性及安全性。基于无线网络环境监测系统的研究,对于未来人们生活更加
17、智能化有很大的帮助。1.3 开开发工具具的选择择本系统的开开发主要要用到KKeill uVVisiion44 调试试编译软软件和SSTC-ISPP烧录软软件把编编译好的的软件烧烧写进开开发板内内。Keil uViisioon4是是目前使使用广泛泛的单片片机集成成开发环环境,这这个集成成开发环环境包含含:编译译器,汇汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。同时还提供了KEIL C51标准C编译器,为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。STC-IISP是是STCC单片机机专用的的烧录软软件,大大部分SSTC单单片机内内部固化化有ISSP系统统引导程程序
18、,配配合PCC端的控控制程序序即可将将用户的的程序代代码下载载进单片片机内部部,故不不需要编编程器并并且速度度比通用用编程器器快。ISP软件件界面如如图1.1所示示。 图1.1 IISP软软件界面面具体操作步步骤:步骤1:选选择你所所使用的的单片机机型号,SSTC889C552RCC步骤2:打打开文件件,要烧烧录用户户程序,必必须调入入用户的的程序代代码(*.biin,*.heex)步骤 3:选择串串口号步骤4:设设置是否否双倍速速,双倍倍速选中中Douublee Sppeedd 即可可,STTC899C522RC系系列出厂厂时为单单倍速,用用户可指指定设为为双倍速速,如想想从双倍倍速恢复复成
19、单倍倍速,则则需用通通用编程程器擦除除整个晶晶片方可可,这会会将单片片机内部部已烧录录的ISSP 引引导程序序擦除。一一般使用用缺省设设置即可可,无须须设置。OOSCDDN:单单片机时时钟振荡荡器增益益选 11/2 gaiin 为为降一半半,降低低EMII;选ffulll gaain(全全增益)为为正常状状态步骤 5:选择“Dowwnlooad/下载”按钮下下载用户户的程序序进单片片机内部部,可重重复执行行步骤55,也可可选 择择“ Ree-Doownlloadd/重复复下载”按钮。下下载时注注意看提提示,主主要看是是否要给给单片机机上电或或复位,下下载速度度比一般般通用编编程器快快。一定定要
20、先选选择“Dowwnlooad/下载”按钮,然然后再给给单片机上电电复位(先先彻底断断电),而而不要先先上电。2 硬件系系统设计计环境监测具具有区域域内的监监测点数数量多、监监测时间间长、监监测情况况复杂等等特点。针针对传统统环境监监测手段段的网络络布局困困难、节节点智能能化程度度低等缺缺点,设设计了基基于ZiigBeee协议议的无线线传感器器环境监监测网络络系统。无线传感器器网络是是一种由由传感器器节点构构成的网网络,能能够实时时地监测测、感知知和采集集节点部部署区域域需要监监测的各各种信息息,并对对这些信信息进行行处理后后以无线线的方式式传送,通通过无线线网络最最终发送送给监控控终端。在Z
21、igBBee传传感器网网络中,传传感器节节点兼顾顾传统网网络节点点的终端端和路由由器双重重功能,在在采集、接接收、处处理及发发送数据据进的同同时,还还要对其其他节点点转发来来的数据据进行存存储、管管理和融融合等处处理,并并与其他他节点协协作完成成一些特特定任务务。这里设计一一套简单单基于zzigbbee无无线环境境监测系系统,实实时监测测某特定定环境中中的温度度和湿度度,为环环境控制制和管理理提供准准确的数数据。本本设计采采用了温温湿度传传感器两两种适用用于环境境监测的的传感器器作为无无线网络络的传感感器节点点。可以以将这些些传感器器节点分分布于室室内或室室外环境境中的各各个角落落。在网网络协
22、调调器(即即中心节节点)的的无线覆覆盖范围围之内,布布置若干干个路由由节点和和终端节节点,实实现网络络管理和和互相通通信。根据系统的的需要,传传感器节节点应具具备以下下功能:(1)传感感器信号号的采集集和处理理。(2)无线线数据的的发送或或转发。(3)友好好的人机机交互界界面。(4)RSS2322通讯功功能。2.1 设设计原则则(1)尽可可能选择择典型电电路,并并符合单单片机的的常规用用法。为为硬件电电路的标标准化、模模块化打打下良好好基础。可可靠性和和抗干扰扰设计是是硬件设设计必不不可少的的一部分分,它包包括芯片片和器件件的选择择、去耦耦电容、滤滤波电容容、电路路板的布布线等。(2)尽量量朝
23、单片片方向设设计硬件件。硬件件器件越越多,器器件之间间相互干干扰越强强,功耗耗也会越越大,就就会可避避免的降降低系统统的稳定定性。(3)在速速度允许许的情况况下,尽尽量使用用串行为为主的扩扩展方式式。串行行扩展具具有方便便、灵活活、电路路简单、占占用I/O资源源少等特特点。(4)留下下一些指指示灯或或通信口口以方便便调试和和判别系系统问题题。 2.2 硬硬件系统统结构根据系统的的组成可可将系统统化为四四大模块块:信息息采集模模块、信信息传输输模块、信信息处理理及显示示终端、信信息预警警系统。系系统功能能模块如如图2.1所示示。图2.1 系统功功能模块块图无线传感器器网络的的节点通通常由传传感器
24、模模块、微微处理器器模块、无无线通信信模块和和电源模模块构成成。微处处理器和和无线通通信模块块采用支支持ZiigBeee协议议的片上上系统级级芯片CCC25530,大大大简化化了射频频电路的的设计。传传感器模模块采用用集成温温湿度传传感器DDHT111,电电源采用用USBB供电。系系统网络络结构如如图2.2所示示。图2.2 系统结结构图微处理器模模块负责责控制整整个节点点的数据据处理操操作、路路由协议议、功耗耗管理、任任务管理理等,最最主要的的是需要要实现网网络安全全可靠的的通信协协议;无无线通信信模块负负责与其其他节点点进行无无线通信信,交换换控制消消息和收收发数据据。数据采集模模块主要要负
25、责监监测区域域内信息息的采集集并将各各种传感感器(如如温度、湿湿度)采采集的信信号转变变为数字字信号并并传送给给微处理理器模块块。路由由器节点点和终端端设备节节点上都都有数据据采集模模块。电源模块管管理单元元节点类类型不同同有不同同的供电电方式,在在终端设设备节点点上,电电源USSB供电电,协调调器的电电源是用用USBB供电或或者交流流电供电电。在协调器上上还有RRS-2232串串口,与与监控主主机通讯讯。因为大气环环境监测测的地理理形状可可能比较较复杂,而而且有时时候可能能根据需需要移动动节点,节节点位置置不固定定,要求求系统能能根据具具体的地地理位置置调整监监测的范范围和传传输路径径,要求
26、求系统有有很大的的灵活性性和自组组织性,因因此选择择具有自自组织式式的和自自恢复式式的网状状网络拓拓扑结构构。2.2 微微处理器器模块微处理器是是无线传传感器节节点的核核心。它它采集并并处理传传感器数数据,与与无线模模块通讯讯并判断断何时发发送和接接收这些些数据,控控制人机机操作界界面以及及通过串串口与上上位机通通讯。处处理器必必须运行行各种程程序,包包括时间间要求严严格的信信号处理理、通信信协议、以以及应用用程序。它它是节点点的中央央处理单单元(CCPU)。多种种处理任任务可以以在不同同结构的的处理器器上执行行,任务务的分配配需要考考虑可行行性、性性能、能能量效率率以及成成本之间间的折中中问
27、题。本本设计中中微处理理器采用用TI公公司的CCC25530芯芯片和AAT899C522单片机机芯片共共同组成成。(1)CCC25330芯片片介绍CC25330它是是ZiggBeee应用的的一个真真正的片片上系统统解决方方案,它它能够以以非常低低的材料料成本建建立强大大的网络络节点。结结合了性性能优良良的RFF收发器器、业界界标准的的增强型型80551CPPU、最最大1228KBB的可编编程闪存存和8KKB的RRAM。CCC25530具具有不同同的运营营模式,使使其特别别适合于于超低功功耗要求求的场合合。由于于CC225300芯片内内集成了了许多特特色功能能模块,因因此,其其典型的的外围电电路
28、也就就非常简简洁。其其中,主主时钟晶晶振采用用32MMHZ无无源晶振振以及332.7768KKHZ时时钟晶振振;无线线RF模模块外围围电路采采用无巴巴伦的阻阻抗匹配配网络;天线使使用500欧鞭状状负极性性天线。CCC25530配配合很少少的外围围元件就就可以组组成无线线通信模模块。如如图2.3所示示。图2.3 CC225300外围硬硬件电路路原理图图CC25330芯片片的主要要特点如如下:(1)工作作频带:24005MHHz224800MHzz(2)支持持8022.155.4、ZZigBBee220077、ZiigBeee PPRO和和ZiggBeee RFF4CEE等标准准(3)主控控芯片:
29、CC225300F2556(4)通信信协议标标准:IIEEEE 8002.115.44(5)网络络拓扑结结构:星星状、网网状(6)数据据传输速速率:2250KKbpss(7)天线线模式:外置天天线 (8)通信信范围:3000米4450米米(9)接收收灵敏度度:-997dBBm(10)发发射电流流:299mA(11)接接收电流流:244mA(12)工工作温度度:-440885(13)电电源:22.0VV3.6V(14)模模块外形形尺寸:4034mmm(2)ATT89CC52单单片机最最小系统统设计 单片片机供电电电路:AT889C552需要要可靠的的5V供供电,在在电路图图中的VVCC和和GND
30、D为供电电网络标标识符;振荡电路:AT889C552需要要一个稳稳定的振振荡电路路才能够够正常工工作,单单片机的的时钟信信号是用用来提供供单片机机内各种种微操作作的基准准。在该该电路中中采用了了12MMHz的的晶振作作为ATT89CC52的的时钟源源;这里里采用的的是内部部振荡方方式,在在引脚XXTALL1和XXTALL2外接接晶振,通通过内部部振荡得得到的时时钟信号号比较稳稳定,在在电路中中使用较较多。在在下面的的电路图图中可以以看到在在晶振两两侧连了了两个电电容C22,C33,它们们是起稳稳定振荡荡频率、快快速起振振的作用用,电容容值一般般为530ppF。本本设计中中用的是是30ppF的电
31、电容。 复位电电路:复复位电路路是单片片机正常常运行的的一个必必要部分分。复位位操作一一般有两两种基本本形式:上电复复位和开开关复位位。在本本设计中中采用的的是第二二种。复复位电路路应该保保证单片片机在上上电的瞬瞬间进行行一次有有效的复复位,在在单片机机正常工工作时将将RSTT引脚置置低。此此外通过过一个按按键进行行手动复复位,在在单片机机运行不不正常时时使用。上上电后,由由于电容容充电,是是RSTT持续一一段高电电平时间间。当单单片机已已经在运运行时,按按下复位位键也能能使RSST持续续一段高高电平,从从而实现现上电且且开关复复位的操操作。通通常我们们选择的的复位电电容为110550F,电电
32、阻为11100k。在在本设计计中复位位电容选选的是447F的,电电阻选的的是100k的。2.3 数数据采集集模块数据采集模模块的设设计主要要包括传传感器的的选择以以及与微微处理器器的连接接电路。本本次设计计基于大大气环境境监测,主主要采集集大气的的温度,湿湿度。在在传感器器的选择择中,需需要考虑虑量程,精精度需求求,供电电电压以以及功耗耗。经过过对市场场中的传传感器各各方面的的比较,选选用了DDHT-11温温湿度传传感器测测量环境境的温度度,湿度度。(1)温湿湿度传感感器DHHT111介绍DHT111数字温温湿度传传感器是是一款含含有已校校准数字字信号输输出的温温湿度复复合传感感器。它它应用专
33、专用的数数字模块块采集技技术和温温湿度传传感技术术,确保保产品具具有极高高的可靠靠性与卓卓越的长长期稳定定性。传传感器包包括一个个电阻式式感湿元元件和一一个NTTC测温温元件,并并与一个个高性能能8位单单片机相相连接。因因此该产产品具有有品质卓卓越、超超快响应应、抗干干扰能力力强、性性价比极极高等优优点。每每个DHHT111传感器器都在极极为精确确的湿度度校验室室中进行行校准。校校准系数数以程序序的形式式储存在在OTPP内存中中,传感感器内部部在检测测信号的的处理过过程中要要调用这这些校准准系数。单单线制串串行接口口,使系系统集成成变得简简易快捷捷。超小小的体积积、极低低的功耗耗,信号号传输距
34、距离可达达20米米以上,使使其成为为各类应应用甚至至最为苛苛刻的应应用场合合的最佳佳选则。产产品为44针单排排引脚封封装。连连接方便便,特殊殊封装形形式可根根据用户户需求而而提供。其其温湿度度传感器器参数如如表2.1所示示。表2.1 DHTT11温温湿度传传感器特特性参数数参数条件MinTypMax单位湿度分辨率111%RH16Bit重复性1%RH精度254%RH0505%RH互换性可完全互换换量程范围03090%RH252090%RH502080%RH响应时间1/e(663%)25,1mm/s 空气61015S迟滞1%RH长期稳定性性典型值1%RH/yyr温度分辨率111161616Bit重
35、复性1精度12量程范围050响应时间1/e(663%)630SDHT111的接口口在功耗耗以及信信号读取取方面做做了优化化,通过过类似于于IICC的两线线制串口口接口与与处理器器直接连连接。其其与微控控制器的的接口如如图2.4所示示。SCCK 用用于微处处理器与与DHTT11之之间的同同步通讯讯,可以以接到微微控制器器的I/O口,通通过I/O口模模拟时钟钟信号来来实现。由由于接口口包含了了完全静静态逻辑辑,所以以不存在在最小的的SCKK频率,但但是当供供电电压压小于44.5VV时最大大频率为为1MHHz。DDATAA三态门门用于数数据的读读取,DDATAA在SCCK时钟钟下降沿沿之后改改变状态
36、态,并仅仅在SCCK时钟钟上升沿沿有效。数数据传输输期间,在在SCKK时钟高高电平时时,DAATA必必须保持持稳定。为为避免信信号冲突突,微处处理器应应驱动DDATAA在低电电平。需需要一个个外部的的上拉电电阻将信信号提拉拉至高电电平,DDHT111与微微处理器器接口电电路图如如图2.4所示示。图2.4 DHTT11与与微处理理器接口口电路图图DHT111含有四四个引脚脚各个引引脚都有有不同的的功能,因因此对引引脚作以以说明。DDHT111引脚脚如表22.2所所示表2.2 DHTT11引引脚说明明pin名称注释1VDD35.55VDCC2DATA串行数据,单单总线3NC空脚,请悬悬空4GND接
37、地,电源源负极 (22)温湿湿度传感感器DHHT111数据传传输方式式DATAA用于微微处理器器与DHHT111之间的的通讯和和同步,采用单单总线数数据格式式,一次次通讯时时间4mms左右右,数据据分小数数部分和和整数部部分,具具体格式式在下面面说明,当前小小数部分分用于以以后扩展展,现读读出为零零.操作作流程如如下:一次完整的的数据传传输为440biit,高高位先出出。数据格式:8biit湿度度整数数数据+88bitt湿度小小数数据据+8bi温温度整数数数据+8biit温度度小数数数据 +88bitt校验和和数据传送正正确时校校验和数数据等于于“8biit湿度度整数数数据+88bitt湿度小
38、小数数据据+8bbi温度度整数数数据+88bitt温度小小数数据据”所得结结果的末末8位。MCU发送送一次开开始信号号后,DDHT111从低低功耗模模式转换换到高速速模式,等待主主机开始始信号结结束后,DHTT11发发送响应应信号,送出440biit的数数据,并并触发一一次信号号采集,此时可可选择读读取部分分数据.从模式式下,DDHT111接收收到开始始信号触触发一次次温湿度度采集,如果没没有接收收到主机机发送开开始信号号,DHHT111不会主主动进行行温湿度度采集.采集数数据后转转换到低低速模式式。总线空闲状状态为高高电平,主机把把总线拉拉低等待待DHTT11响响应,主主机把总总线拉低低必须
39、大大于188毫秒,保证DDHT111能检检测到起起始信号号。DHHT111接收到到主机的的开始信信号后,等待主主机开始始信号结结束,然然后发送送80uus低电电平响应应信号.主机发发送开始始信号结结束后,延时等等待200-400us后后, 读读取DHHT111的响应应信号,主机发发送开始始信号后后,可以以切换到到输入模模式,或或者输出出高电平平均可, 总线线由上拉拉电阻拉拉高。总线为低电电平,说说明DHHT111发送响响应信号号,DHHT111发送响响应信号号后,再再把总线线拉高880uss,准备备发送数数据,每每1biit数据据都以550uss低电平平时隙开开始,高高电平的的长短定定了数据据
40、位是00还是11。如果果读取响响应信号号为高电电平,则则DHTT11没没有响应应,请检检查线路路是否连连接正常常。当最最后1bbit数数据传送送完毕后后,DHHT111拉低总总线500us,随随后总线线由上拉拉电阻拉拉高进入入空闲状状态。2.4 串串口通信信模块串行通信是是在一根根传输线线上一位位一位的的传送信信息,所所用的传传输线少少,并且且可以借借助现成成的电话话网进行行信息传传送,因因此,特特别适合合于远距距离传输输。对于于那些与与计算机机相距不不远的人人机交交换设备备和串行行存储的的外部设设备如终终端、打打印机、逻逻辑分析析仪、磁磁盘等,采采用串行行方式交交换数据据也很普普遍。所所以串
41、行行接口是是微机应应用系统统常用的的接口。许许多外设设和计算算机按串串行方式式进行通通信,这这里所说说的串行行方式,是是指外设设与接口口电路之之间的信信息传送送方式,实实际上,CCPU与与接口之之间仍按按并行方方式工作作。在单片机系系统中,串串口是一一个非常常重要的的组成部部分。通通常使用用单片机机串口通通过RSS2322接口和和电平转转换芯片片MAXX2322与上位位机连接接,以进进行上位位机与下下位机的的数据交交换、参参数设置置、组成成网络以以及各种种外部设设备的连连接等。RRS2332串行行接口总总线具有有成本低低、简单单可靠、容容易使用用等特点点,加上上其历史史悠久,所所以目前前应用仍
42、仍然非常常广泛;特别对对于数据据量不是是很大的的场合,串串口通信信仍然是是很好的的选择,有有着广阔阔的使用用前景。在在单片机机编程中中,串口口占了很很重要的的地位。通信接口的的选择:为了便于QQT24440开开发板和和各种外外围设备备的串行行通信连连接,更更广义地地来讲是是为了各各种数据据终端设设备(DDTE)和数据据通信设设备(DDCE)之间的的连接,制制定了若若干种串串行通信信接口标标准。只只要是符符合某种种标准的的设备之之间就可可以直接接互相连连接、互互相通信信。串行通信接接口按电电气标准准及协议议来分包包括RSS-2332、RRS-4422、RRS4885、UUSB等等。 RRS-22
43、32、RRS-4422与与RS-4855标准只只对接口口的电气气特性做做出规定定,不涉涉及接插插件、电电缆或协协议。UUSB是是近几年年发展起起来的新新型接口口标准,主主要应用用于高速速数据传传输领域域。在本设计中中,选择择RS-2322接口就就可以满满足通信信需求了了。微控制器通通过RSS2322与上位位机通信信。如图图2.55所示。串串口芯片片选择MMAX2232,MMAX2232配配备专有有的低漏漏失电压压发射器器输出状状态,通通过双电电荷泵,在在3.00V至55.5VV供压下下,表现现出真正正的RSS2322协议器器件性能能,这些些器件只只需4个个0.11F的外外部小电电容,用用于电荷
44、荷泵。发发光二极极管TXX-LEED,RRX-LLED用用来观察察MAXX2322工作是是否正常常,是否否有数据据通过该该模块,RRS2332电路路图如图图2.55所示。图2.5 RS2232电电路对于终端节节点,微微控制器器与2332之间间采用标标准的MMODBBUS协协议进行行通讯,用用于设置置终端节节点的系系统参数数。对于于中心节节点,微微控制器器将无线线模块接接收到的的数据通通过2332传到到上位机机软件显显示。2.5 相相应供电电模块无线传感器器网络一一般应具具有移动动性,所所以节点点大多数数需要采采用电池池供电,从从上面各各章节可可以看出出,在硬硬件元器器件的选选取中,已已经考虑虑
45、到了尽尽量降低低系统的的功耗,各各个模块块的供电电电压都都比较低低,综合合比较,可可以采用用2节11.5VV的碱性性电池进进行供电电。电源源原理图图如图22.6所所示。图2.6 电源电电路图由于仿真器器可以提提供稳定定的电压压,也可可以选择择匹配电电源。在在电源模模块的设设计时,采采用开关关选择是是否选用用外接电电池供电电或者电电脑供电电,这样样可以在在调试和和烧写程程序的时时候采用用电脑供供电,保保持电压压的稳定定,在应应用时采采用电池池供电。这这样即可可以简化化电源电电路的设设计,又又可以保保证调试试的正常常进行。而而协调器器的电源源则是应应用USSB供电电或者交交流电供供电。3软件系统统
46、设计3.1 设设计原则则(1)明确确任务,弄弄清软件件所承担担的任务务细节。(2)软件件结构设设计,合合理的软软件结构构是设计计出一个个性能优优良的单单片机应应用系统统软件的的基础。模模块化程程序设计计,是单单片机应应用中最最常用的的程序设设计技术术。将一一个完整整的程序序分解成成若干个个功能相相对独立立的较小小的程序序模块,对对各个程程序模块块分别进进行设计计、编制制和调试试,最后后将各个个调试好好的程序序模块进进行联调调。 而而面向对对象程序序设计的的数据抽抽象可以以在保持持外部接接口不变变的情况况下改变变内部实实现,从从而减少少甚至避避免对外外界的干干扰;通通过继承承大幅减减少冗余余的代码码,并可可以方便便地扩展展现有代代码,提提高编码码效率,也也减低了了出错概概率,降降低软件件维护的的难度;结合面面向对象象分析、面面向对象象设计,允允