一 、溫濕度度采囊系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
協(xié)調(diào)器上電后，能夠建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，接著終端節(jié)點(diǎn)能查找并自動(dòng)加入該ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)中，這時(shí)就建立起了協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)的通信。
終端節(jié)點(diǎn)能夠定時(shí)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)采集溫濕度數(shù)據(jù)，并將其通過ZigBee無線模塊發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器收到溫濕度數(shù)據(jù)后，通過RS232通信串口傳輸上到PC機(jī)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖如圖1-1：
圖1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖
1．無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
針對(duì)ZigBee無線模塊傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能和組成，將傳感器節(jié)點(diǎn)大致分成如下幾個(gè)部分：ZigBee數(shù)據(jù)采集單元、處理單元、通訊單元、電源單元。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的模塊如圖l-2：
圖1-2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的模塊
2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)
2．1硬件平臺(tái)的搭建：基于符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的CC2530和溫濕度傳感器DHTll相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)溫濕度的ZigBee數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和收集功能，并通過RS232與PC機(jī)相聯(lián)，把收集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)?span lang="EN-US">PC機(jī)中進(jìn)行分析處理。
2．2軟件平臺(tái)的搭建：在IAR開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)程序的編寫和編譯，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)的采集，還能實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。
二、溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
1．系統(tǒng)采集單元設(shè)計(jì)
鑒于本實(shí)驗(yàn)測(cè)量環(huán)境的特殊要求，需要對(duì)溫濕度高精確度的測(cè)量和長期的保持工作。而溫濕度傳感器DHTll具有超小的體積、極低的功耗、超長的信號(hào)傳輸距離和卓越的長期穩(wěn)定性的特點(diǎn)。而且DHTll是單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。
下表對(duì)DHTll的引腳說明作介紹：
表2-1 SHT11引腳說明
2．系統(tǒng)處理單元
結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求和先進(jìn)性，符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的CC2530必然成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。無線單片機(jī)CC2530是用于2.4GHz IEEE 802．15．4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的—個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SOC)解決方案。CC2530有很多個(gè)功能單元，每個(gè)功能單元模塊都有自己的特性以及功能，CC2530的模塊圖如圖2-1，但是總的來說，分為三大類：
2．1CPU和閃存：CC2530的核心是高性能和低功耗的8051微控制處理器內(nèi)核，32、64、128的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存。還包括一個(gè)調(diào)試接口和看門狗，片上穩(wěn)壓器的存在使得CC2530的工作電壓穩(wěn)定。
2．2外設(shè)、時(shí)鐘和電源管理：CC2530用一個(gè)1.8V的低差穩(wěn)壓器來對(duì)數(shù)字設(shè)備和內(nèi)核進(jìn)行供電，具有較強(qiáng)的DMA功能。2個(gè)支持多種串行通信協(xié)議的強(qiáng)大USART保證了CC2530能夠快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)協(xié)處理器使得CC2530具有非常強(qiáng)的保密性。CSMA／CA選通處理器保證了數(shù)據(jù)傳輸具有一條良好的傳輸途徑。
2．3無線電：CC2530使用了—個(gè)IEEE 802．15．4的兼容RF收發(fā)器。另外，通過RF內(nèi)核來控制模擬無線模塊。同時(shí)它提供了數(shù)據(jù)包過濾和地址識(shí)模塊，這為數(shù)據(jù)的正確傳輸提供了保證。
圖2-1 CC2530的模塊圖
3．通訊單元
數(shù)據(jù)采集包括溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集以及PC對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理。系統(tǒng)采用的是RS232接口，它是一種雙工串行通信接口，目前廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)。
三、溫濕度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
1．協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)
協(xié)調(diào)器的任務(wù)主要是組建ZigBee數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)、允許終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、綁定終端節(jié)點(diǎn)、將溫濕度數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)。
首先給協(xié)調(diào)器上電，這時(shí)協(xié)調(diào)器會(huì)對(duì)硬件進(jìn)行初始化，完成系統(tǒng)初始化，并通過搜索信道，一般是搜索特定的免費(fèi)開發(fā)信道同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)器地址和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)定，建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)。接著協(xié)調(diào)器會(huì)一直工作等待相關(guān)節(jié)點(diǎn)的加入，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如果該節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息正確，協(xié)調(diào)器會(huì)同意該節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)分配給節(jié)點(diǎn)—個(gè)地址，這時(shí)該節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送請(qǐng)求綁定，協(xié)調(diào)器會(huì)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的綁定請(qǐng)求，這樣就實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)。對(duì)接收到的數(shù)據(jù)，在接收數(shù)據(jù)的同時(shí)，協(xié)調(diào)器還要通過通訊串口RS232將數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，來檢測(cè)測(cè)量的結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)的要求。協(xié)調(diào)器工作的流程圖如圖：
圖3-1 協(xié)調(diào)器的程序流程圖
2．終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)
終端節(jié)點(diǎn)的主要功能如下：自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)、定時(shí)接收數(shù)據(jù)、處理和發(fā)送數(shù)據(jù)。
首先給終端節(jié)點(diǎn)上電，這時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行硬件的初始化，主要是無線單片機(jī)中微處理器的初始化。通過一系列的初始化，完成終端節(jié)點(diǎn)的系數(shù)設(shè)置、寄存器工作模式的設(shè)置。系統(tǒng)初始化完成后，終端節(jié)點(diǎn)會(huì)搜索網(wǎng)絡(luò)，如果搜索到了網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，在接受的協(xié)調(diào)器發(fā)送的允許節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)后，接著向協(xié)調(diào)器發(fā)送綁定請(qǐng)求，從而使協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)建立了點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，最后進(jìn)入時(shí)間循壞模式，節(jié)點(diǎn)定時(shí)進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)諷器。在沒有事情發(fā)生的情況下。
終端節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。終端節(jié)點(diǎn)工作的流程圖：
圖3-2 終端節(jié)點(diǎn)的程序流程圖
四、結(jié)論
在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，由—個(gè)協(xié)調(diào)器和—個(gè)終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在IAR開發(fā)環(huán)境下，通過對(duì)ZigBee無線模塊的編程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的組建和ZigBee數(shù)據(jù)采集，并通過串口發(fā)送到PC機(jī)上。
經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)各模塊工作正常，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的獲得各節(jié)點(diǎn)的溫濕度值，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。本設(shè)計(jì)利用ZigBee數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)了無線溫濕度采集系統(tǒng)方案，并完成了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，對(duì)ZigBee項(xiàng)目的應(yīng)用研究具有一定的參考價(jià)值。