基于ti_cc2530的wsn设计—智能屋毕业论文(编辑修改稿)

基于ti_cc2530的wsn设计—智能屋毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

以及物理存储器还有外设连接起来，提供 4 个访问点，访问时映射到三个存储器之一，包括一个 8KB 的 sram、闪存、 sfr 寄存器。 (4)时钟和电源管理 提 供相应的寄存器给用户进行配置，提供寄存器的配置可以使芯片工作在不同的时钟频率下，默认为 16MHZ,电源管理使得芯片可以工作在不同的功耗模式下。 (3)外设 外设包括调试接口和 I/O 控制器管理的各个 IO 口，调试接口提供给开发人员进行程序的调试和下载， I/O 控制器负责配置相应的寄存器以达到让 I/O 口工作在某种模式下，比如输入、输出、复用等。 (4)定时器 CC2530 定时器电路模块包括睡眠定时器、看门狗定时器、定时器 0、定时器 定时器 2，其中睡眠定时器是一个超低功耗的定时器，计算 32KHZ 振荡器的周期。 (5)ADC CC2530 内带有 ADC 电路模块，支持 7 到 12 位精度的转换， P0 口 8 个引脚为ADC 的 8 个转换通道，通道的输入即可以是单端输入也可以是差分输入，参考电压可以是芯片内部电压，也可以是一个单端信号或者一个外部差分信号， CC2530 内置 ADC 模块还自带有一个温度传感器输入通道，用于检测芯片当前的温度。 (5)串口 CC2530 提供两个串口，分别为 USART0 和 USART1m,串口被配置为 SPI 主从模式或者一个 UART, 接收端和发送端拥有双缓冲区，加上硬件流控制，对于高数据量传输的全双工应用非 常有利。 串口拥有自己的波特率发生器，精度高，工作稳定。 (5)无线设备 CC2530 具备 兼容的无线收发设备。 11 级计算机科学与技术 8 图 CC2530 单片机管脚图 ZIGBEE 技术 （ 1） zigbee 概述 Zigbee 是一种低速度、短距离、低复杂度、自组织、低功耗的无线通信网络协议，同时也是基于 IEEE 标准的一种协议。 （ 2） zigbee 协议结构 Zigbee 协议从下到上分成物理层、介质访问控制层、数据传输层、网络层、应用层，其中物理层 和介质访问控制层为 IEEE 标准规定。 （ 3） zigbee 网络特点 支持多种网络拓扑结构，包括星状网络、簇状网络、网状网络。 Zigbee 网络基本低功耗、低成本、低速率、近距离、低延时、高容量、高安全性等特性 [2]。 （ 4） zigbee 网络设备组成 Zigbee 网络中有 4 中设备角色，分别是协调器，路由器和终端节点，其中路由器可以不存在，协调器为全功能设备，负责网络的组建，是必须存在的。 Zigbee11 级计算机科学与技术 9 网络 由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理 254 个子节点；同时主节点还可由上一层网络 节点管理， 理论上 最多可组成 65000 个节点 的大型网络。 对于星状网络而言，不管是路由器还是终端节点，都直接与协调器进行通信；而在簇状网络中，协调器负责初始化并且组建起整个 zigbee 网络，路由器作为中继，对网络起到扩展作用；终端节点可以直接与协调器进行通信，也可以通过路由器再与协调器进行交互 [3]。 （ 5） zigbee 网络拓扑图 图 星状网络 图 簇状网络 图 网状网络 11 级计算机科学与技术 10 SHT10 温湿度传感器 SHT10 引脚定 义 图 sht10 接入口 图 SHT10 实物图 温湿度传感器 sht10 为 2 线通信模式，即一个数据线，一个时钟线，通过时钟线进行时序的模拟，同时操作数据线来完成跟主机的通信过程。 SHT10 参数 图 温湿度传感器 SHT10 参数 11 级计算机科学与技术 11 光照传感器 光照传感器说明 图 光照传感器实物图 光敏电阻使用半导体的光电效应特性，其电阻值随着光照强度的变化而改变，当光照强度大时，电阻减小，光照强度减弱，电 阻增大 [4]。 光照传感器原理图 图 光照传感器电路原理图 为了提高光照强度检测的准确性，在光照传感器数据线引脚加上上拉电阻，已达到提供数据传送能力。 11 级计算机科学与技术 12 ADC ADC 即数字模拟转换，可以实现从模拟信号到数字信号的转换，从而更加直观的提供数据以用于分析。 CC2530 芯片内部自带有 8 路的 ADC 模块，可以实现 7~12位精度的转换，而且支持自动执行周期性的数据抽样或者转换通道序列的程序，其参考电压有多种选择，包括芯片内部电压、 AVDD 或者一个单 端、差分外部信号。 光照采集框图 图 光照强度采集流程图 首先光照传感器捕获光照强度并产生相应的电阻模拟值， ADC 通道获取到电阻模拟值后传送给 CC2530 内部 ADC 进行模拟值到数字值的转换，指定一定精度范围后得到一定范围内的数字值，再通过数字值的百分比化，得到我们最终需要的光照强度。 由于光照传感器对光敏感，所以在设计电路图的时候，应该避免光照传感器与发光物体接近，比如电源指示灯，这种光源会影响光照传感器对实际情况的检测，从而产生光照强度较大的测量误差。 另一方面，光 照传感器在电路图设计过程中，必须注意传感器被物体遮挡，当光照传感器被物体遮挡后，其对光照强度的采集会与实际情况不符，产生检测误差，导致对自然情况光照强度检测的错误。 11 级计算机科学与技术 13 OLED12864 显示屏模块 为了方便用户对环境数据的观察，本系统为每个房间配备一个 OLED12864 显示屏，用于每个 5 秒更新显示温湿度，从而达到用户不需要借助上位机也可以轻松的知道房间所处的温湿度状态。 OLED12864 显示屏模块说明 图 OLED12864 实物图 显示屏包括 VCC、 GND、 SCL 时钟线、 SDA 数据线、 D/C 片选线和复位线几个引脚，通过这几个引脚结合时序可以对该模块进行操作。 OLED12864 为自发光显示屏，不需要背光灯，功耗很低，显示清晰，初始化OLED12864 包括设置各种显示标准，及设置光标等等操作，初始化模块后就可以结合写命令和写数据进行操作了，由于本系统采用的 OLED12864 并不带有字库，故需要在软件层面编写一个字库，当让模块显示一个字符串的时候，就将字库对应的内容即编码进行写入，最终完成在显示屏上的显示工作，当显示屏工作出 现不正常的时候，还可以提供软件复位，使得显示屏可以恢复到正常情况。 本系统采用的 OLED12864 模块还具备在零下 40 摄氏度都能正常显示的低温特性，且其发光特性使得显示屏几乎没有视角的限制，正常情况下视角可以达到 170度，即便从侧门进行观察，也不会失真，而且屏幕尺寸很小即可以显示出 128*64个像素点。 11 级计算机科学与技术 14 OLED12864 电路原理图 图 oled12864 引脚图 OLED12864 模块工作电压为 ,不可以工作在 5V 电压下。 OLED12864 驱动程序框图 图 OLED12864 显示屏工作框图 当初始化 OLED12864 模块后，即可根据驱动程序进行操作，比如调用显示字符串函数将字符串显示出来，值得注意的是，由于该显示屏不自带字库，所以显示时必须要自己借助软件工具进行取字模。 11 级计算机科学与技术 15 多路继电器模块 继电器模块实物图及其控制端口 图 继电器实物图 图 多路继电器控制端口 本系统使用的继电器工作电压为 5V，触发电压 ~5V,，引脚 IO 为控制引 脚，连接到 CC2530 的 IO 口，通过该 IO 口就可以实现对继电器的控制。 继电器控制框图 图 继电器控制过程 一开始程序运行后初始化继电器模块，继电器控制着设备，从而使得设备处于不工作状态，当用户开启设备的时候，应用程序调用驱动程序，驱动程序进而控制相应的 IO 口驱动继电器模块，从而实现对设备的开启或者关闭。 11 级计算机科学与技术 16 调试电路 仿真器简介 图 仿真器实物图 TI 公司提供的 CC2530 芯片具备调试接口，提 供指定的连线原理图，即可与仿真器进行连接，实现在线程序下载和调试。 调试电路原理图 图 调试电路原理图 通过该调试电路图，仿真器即可连接到芯片进行程序的下载和调试。 在集成开发环境 对程序进行编译链接没有出差之后，才可以进行程序的调试，仿真器的正常使用还需要在电脑上进行相应驱动的安装过程，驱动可以通过 TI 的官方网站获得。 11 级计算机科学与技术 17 电源电路 电源器件说明 图 适配器接入口 图 电源开关 图 AMS1117 DC 插座，提供了适配器的接入口，是系统工作电压的来源，本系统的电源接入口不大于 9V。 ，按下开关即进行一次状态的转换，适配器提供的电源必须通过该开关进行控制。 3. AMS1117 为稳压芯片，其输入电压为 ~9V，输入电压通过稳压后得到 的稳定工作电压 [5]。 滤波和去耦 由于适配器提供的电源会受到外界的干扰，比如静电，而且适配器提供的电流本身就以带有很多波纹，有时候波纹或者静电干扰， 使得系统无法进行正常的工作，甚至毁坏系统器件 [6]。 为了得到稳定的工作电压，必须对电源来源进行滤波和去耦，使得电源更加趋向于一条特定值的曲线，并且不会有太大的波动，进而供应给稳压模块进行稳压，最终得到稳定的工作电压。 滤波和去耦一般采用的是电容充放电的原理，遇到较高的电流波纹时，将电流波纹充电到电容中进行缓存，如果电流太小，电容放电以提高电流的强度，如此反复，可以将电流稳定在一个较为平稳的曲线中 [7]。 对于电容的选型，一般为一个较小值的电容并联一个较大值的电容，比如 搭配 100UF 进行使用，本系统 使用 搭配 22UF 作为滤波去耦电路 [8]。 11 级计算机科学与技术 18 电源电路原理图 图 电源电路原理图 本系统的电源来源有两路，通过跳帽可以轻松的选择是使用适配器还是使用电池组进行的供电，有了电源来源后，对输入电流进行必要的滤波和去耦，得到较为稳定的电流源，再通过 AMS1117 模块进行电源稳压，将电源稳压到 后连接到电源开关，如果电源开关被打开时，电源导通，指示灯亮，电源指示灯为发光二极管，其导通电压和电流很小，所以必须加上限流电阻进行必要的保护，有了电源之后，可以通过控制口 将电源进行引出使用，另一方面电源也提供给整个系统运转使用，有一些设备工作在 5V的环境下，这里也引出 5V的电源口，如果设备需要 5V工作电压，就可以使用。 11 级计算机科学与技术 19 智能屋系统电路原理图 图 系统电路原理图 11 级计算机科学与技术 20 PCB 图 图 系统电路 PCB 图 11 级计算机科学与技术 21 第四章 软件设计流程 上位机 本系统上位机的设计开发使用 labview2020 集成开发环境，通过图形化编程语言进行前后台的设计。 前台提供用户可视化交互界面，后台运行多 个线程以实现前台的相应功能 [9]。 上位机实物图 图 上位机实物图 用户最终使用的为该上位机，通过该上位机，可以实现对指定房间的操作，包括设定时间间隔后对房间的环境数据进行定时采集显示，环境数据包括温度、湿度、光照强度。 也可以实现对设备的控制，包括设备 设备 设备 3。 同时支持设定时间，让上位机定时关闭所有房间的设备。 用户在使用上位机进行房间的环境数据监测和设备的控制之前，必须对房间号进行确认，对于不存在的房间号或没有建立连接的房间号，系统将进行错误提示。 11 级计算机科学与技术 22 上位机程序运行框图 图 上位机程序运行框图 上位机程序划分为 3 个线程，第一个线程负责处理控制设备的事件和退出事件，还有房间的验证即上位机窗口设置，如果触发了退出事件，该事件会关闭本线。