基于cc2530溫濕度采集系統課程設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 計。 實現溫濕度數據采集的軟件部分主要包括： Zigbee 協議棧整體架構、 Zigbee協議棧網絡層、 AODV 路由協議。 實 現溫濕度數據采集的硬件部分 嵌入式溫濕度采集系統設計的硬件部分可以大體有 無線傳感基本結構、無線傳感實現原理、本設計所使用的實驗箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊 以及實現基于 CC2530 的溫濕度采集系統節點模塊設計等組成。其具體內容如下： 無線傳感基本結構 及實現原理 無線傳感器網絡 在設計目標方面是 以數據為中心 的 ， 在無線傳感器網絡中，因為 節點 通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環境中， 所以 除了少數節點需要移動以外，大部分節點都是靜止 不動 的。 在被監測區域內 ， 節點任意散落 ，節點 除了 需要完成 感測特定的對象 以外， 還 需要 進行簡單的計算 ， 維持互相之間的網絡連接 等功能。并且由于 能源 的 無法替代 以及 低功耗的多跳通信模式節，設計 無線傳感節點時， 有效的延長網絡的生命周期 以及節 點的低功耗 成為無線傳感器網絡 研究 的核心問題 ， 其無線傳感節點模型如下圖 12所示。 無線傳感網絡的建立是基于 傳感器加無線傳輸模塊 的 ，傳感器采集的數據 ，簡單處理后 經過無線傳輸模塊傳到服務器或 應用終端 。目標、觀測節點 、 傳感節點和感知視場 是 無線傳感器網絡 所 包括 的 4個 基本實體對象 。 大量傳感節點隨機部署， 單個節點經過初始的通信和協商， 通過自組織方式 自行配置， 形成一個 傳輸信息的單跳鏈接或一系列 無線網絡節點組成的 網絡， 協同形成對目標的感知視 9 場。傳感節點檢測的目標信號經 過傳感器 本地簡單處理后 通過單播或廣播以多跳的方式 通過鄰近傳感節點傳輸到觀測節點。用戶和遠程任務管理單元 則能夠 通過衛星通信 網絡或 Inter等 外部網絡，與觀測節點進行 數據信息的 交互。觀測節點向網絡發布查詢請求和控制指令，接收傳感節點返回的目標信息 。 圖 12 無線傳感節點模型 使用的實驗箱以及軟件支持 物聯網創新實驗系統 IOVT2530 采用系列傳感器模塊和無線節點模塊組成無線傳感網，擴展嵌入式網關實現廣域訪問，可實現多種物聯網構架，完成物聯網相關的各種傳感器的信息采集、無線信號收發、 Zigbee 網絡通訊、組件控制全過程。該工具箱提供了無線傳感網通信 模塊、基本的傳感器及控制器模塊、嵌入式網關、計算機服務器參考軟件等。 實現 溫濕度采集系統節點模塊設 計 實驗系統包含 4個無線傳感網通信節點和一個無線網絡協調器 。其中具體情況如下： 無線節點模塊：主要有射頻單片機構成， MCU 是 TI 的 CC2530, 載頻，棒狀天線。 節點定位系統 移動系統 無線通信 模塊 電源 電源自供電系統 傳感器 模塊 轉換 處理器 存儲器 10 傳感器及控制模塊：系列傳感器模塊，包括溫濕度傳感模塊、繼電器模塊和RS232 模塊等，也可以通過總線擴展用戶自己的傳感器及控制器部件。 電源板或智能主板：即實現無線節點模塊與傳感及控制模塊的連接，又實現系統供電，目前主要有兩節電池供電， 保留外接電源接口，可以直接有直流電供電。 實現 溫濕 度數據采集的軟件部 分 實現溫濕度數據采集的軟件部分主要有 Zigbee 技術概述、 Zigbee 協議棧整體架構、 Zigbee 協議棧網絡層、 AODV 路由協議 等幾部分組成 。 而 Zigbee 協議棧網絡層主要包括 : 網絡層概述、網絡層所實現功能、網絡層中常用路由協議。 AODV路由協議主要包括：協議概述、協議的基本原理、 AODV 路 由協議消息控制幀 。一下將是溫濕度數據采集的軟件部分各部分的具體介紹： ZIGBEE 技術概述 Zigbee 技術的使用與 發展很大程度 上彌補了無線通信市場上低功耗、低成本、低速率的空缺 。 同時 隨著 Zigbee 技術的深入發展和應用，越來越多的注意力和研究力量將會轉到應用的設計、實現互聯互通測試和市場的推廣等方面。Zigbee 技術的關鍵點是發展一種易布建、低成本、低功耗的 無線網絡 。 Zigbee 技術的應用前景 非常好。 Zigbee 在未來的幾年里將在工業無線定位、工業控制、消費電子、汽車自動化、家 庭網絡、樓宇自動化、醫用設備控制等多個控制領域具有廣泛的應用 ，特別是工業控制和家庭自動化，將 會 成為今后Zigbee 芯片的主要應用領域。 通常符合以下條件之一 的應用，都 可以考慮采用Zigbee 技術： （ 1） 網點多：需要數據采集或監控的網點多。 （ 2） 低傳輸量：要求傳輸的數據量不大且要求數據成本低。 （ 3） 可靠性高：要求數據傳輸可靠性、全性高。 （ 4） 體積小：設備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置。 （ 5） 電池供電。 （ 6） 覆蓋量大：所需檢測點監測點多，地形復雜，需要較大的網絡覆 蓋面積。 11 （ 7） 現有移動網絡的覆蓋盲區。 （ 8） 遙測、遙控系統：使用現存移動網絡進行的低數據量傳輸。 （ 9） 局部區域移動目標的定位系統：使用 GPS 效果差、成本高的。 Zigbee 無線傳感網絡是基于 技術標準和 Zigbee 網絡協議而設計的無線數據傳輸網絡，該網絡主要應用在壓力過程控制數據采集、流量過程控制數據采集、溫度濕度監控、樓宇自動化、工業控制、數據中心、社區安防、設備監控、環境數據監控、制冷監控、倉庫貨物監控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監控，鋼鐵冶煉溫度控制，煤氣抄表等各個領域。這種網絡主要用于無線系統中短距離的連接，提供傳感器網絡接入，能夠滿足各種傳感器的數據輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實現系統網絡化、無線化。 Zigbee 技術是一種應用于各種電子設備之間的無線通信技術，這種通信組網是基于中短距離范圍內、低傳輸速率下的。根據 Zigbee 技術的本質，它具有下列特性：低功耗、高度擴展性、可靠性 高等。 ZIGBEE 協議棧 Zigbee 協議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定服務：一個數據實體提供數據傳輸服務，一個管理實體提供管理、維護等服務。每個服務實體通過一個服務接入點（ SAP）為其上層提供服務接口，并且每個服務接入點（ SAP）提供了一系列的基本服務指令來實現相應的功能。 Zigbee 協議棧中包括應以下各個 子層： （ 1） APP（ Application Programming）：應用層目錄，這是用戶創建各種不同工程的區域，在這個目錄中包含了應用層的內容和這個項目的主要內容，在協議棧里面一般是以操作系統的任務實現的。 （ 2） HAL（ Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關的配置和驅動及操作函數。 ZigBee 硬件 層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個從 MAC 層以 硬件 層無線信道的接口。在 硬件 層中，包含一個 硬件 層管理實體（ PLME），該實體通過調用 硬件 層的管理功能函數 ，為 硬件 層管理服務提供其接口，同時，還負責維護由 硬件 層所管理的目標數據庫，該數據庫包含有硬件 層個域網絡的基本信息。 （ 3） MAC：介質接入控制子層，包含了 MAC 層的參數配置文件及其 MAC 的LIB 庫的函數接口文件。實現的功能有： 能產生網絡信標。 支持 PAN 的連 12 接和斷開連接。 同信標保持同步。 在對等的 MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。 處理和維護 GTS 機制。 信道接入采用 CSMACA 接入機制。 支持設備的安全性。介質訪問控制層 (MAC)幀被稱為 MAC 協議數據單元 (MPDU)，其長度 不超過 127 個字節。它具有四種不同的幀形式，即信標幀、數據幀、確認幀和命令幀。 （ 4） MT（ Monitor Test）：實現通過串口可控各層，與各層進行直接交互。 （ 5） NWK（ Z