无线传感器网咯的瓦斯检测模块设计课程设计报告(编辑修改稿)

无线传感器网咯的瓦斯检测模块设计课程设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

宏亮，同时，蜂鸣器中有电流流过，从而产生报警声音；当 BEEP为 0 时，三极管截止，蜂鸣器 的两管脚电压接近于 0V，蜂鸣器 11 不发出声响。 所以，当瓦斯正常是， BEEP 处信号为 0。 不发出报警。 瓦斯超标时就是发出报警。 液晶显示电路 带中文字库的 12864是一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3线串行多种接口方式。 表 32 12864 液晶 模块接口说明 ： 引脚 名称 说明 引脚 名称 说明 1 VSS GND（ 0V） 11 DB4 数 据 4 2 VDD + 12 DB5 数 据 5 3 VO 悬空 13 DB6 数 据 6 4 RS (CS) H: Data L: Instruction 14 DB7 数 据 7 5 R/W (SID H: Read L: Write 15 PSB H: Parallel L: Serial 6 E (SCLK) Enable Signal 16 NC 悬空 7 DB0 数 据 0 17 RST Reset Signal 8 DB1 数 据 1 18 NC 悬空 9 DB2 数 据 2 19 LEDA 背光源负极（ LEDOV） 10 DB3 数 据 3 20 LEDK 背光源正极（ LED+5v） 12 LCD12864 内部含有国标一级、二级 简体中文字库的点阵图形液晶显示模块 ，其 显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集 .利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 84 行 1616 点阵的汉字 . 也可完成图形显示 .低电压低功耗是其又一显著特点。 在本课设中用于瓦斯浓度的显示，其接口引脚如下表二所示。 如下图 所示， 电源部分采用电池供电和电源供电两种供电方式，用户可以自行选择。 电池供电采用 2 节 ，由于系统主板要求电源电压是 ，输入电压不能小于 ，若电池电量降低供电电压会低于 ，为了最大限度使用电池，需要使用 BOOST 电源芯片 SP6641 将 3V的电池电压转换成 ，然后使用线性电源芯片 SP6201 过滤开关电源产生的纹波电压。 电源供电方式，由于其输入电压为 5V，同样需要转换为系统所需的，这里采用线性电源芯片 AM1117 来完成电压的转换。 这种供电方式一般用于调试阶段。 AMS1117— 三 是 端可调或固定电压 ， 输出电流为1A， 线路调整率 ： %（最大）负载调整率： %（最大）封装类型 ： SOT223。 输出电压： ~。 13 图 电源部分 无线发射模块 Zigbee 无线网络技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，其技术方案介于无线标记技术和蓝牙技术之间，主要用于近距离 无线连接。 由于其低功耗、高可靠性、短时延、网络容量大、高安全性、 高保密性等优点在 2020 年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大技术之一。 Zigbee 技术的特点有： （ 1） 低功耗：由于 Zigbee 的传输速率低，发射功率仅为 1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此 Zigbee 设备非常省电。 据估算， Zigbee 设备仅靠两节 5 号电池就可以维持长达 6 个月到 2 年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。 （ 2） 成本低： Zigbee 模块的初始成本在 6 美元左右，估计很快就能降到 ~ 美元，并且 Zigbee 协议是免 除 专利费的。 低 14 成本对于 Zigbee 也是一个关键的因素。 （ 3） 时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延 30ms，休眠激活的时延是 15ms，活动设备信道接入的时延为 15ms。 因此 Zigbee 技术适用于对时延要求苛刻的无线控制 (如工业控制场合等 )应用。 （ 4） 网络容量大：一个星型结构的 Zigbee 网络最多可以容纳 254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多 100个 Zigbee 网络，而且网络组成灵活。 （ 5） 可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。 MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。 如果传输过程中出现问题可以进行重发。 （ 6） 安全： Zigbee 提供了基于循环冗余校验 (CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了 AES128 的加密算法 ,各个应用可以灵活确定其安全属性。 基于以上特点， Zigbee 网络成为无线传感器网络的首选，它非常适宜于在工矿环境下构建传感器网络。 由于其微功耗、容量大、安全可靠， 本课设 选择使用 Zigbee 技术研发 建立 Zigbee 无线网络需要选择合适的网络拓扑， Zigbee 网络系统结构如图 所示。 Zigbee协议栈支持网状、树状和星型网络三种拓扑结构，如下图 所示。 本课题考虑到所有采集节点的数据都集中到协调器，所以采用星型网络，具体布网的时候可以根据实际环境和地形采用合适的拓扑连接。 15 图 Zigbee 网络系统结构 在网状和树型网络拓扑中， Zigbee 协调器负责启动网络，选择某些关键的网络参数，网络可以通过 Zigbee 路由器进行扩展。 星状连接 网状连接 网咯拓扑 图 网咯拓扑图 协调器 路由器 /终端节点 井底 井外 ZigBee 无线网络 瓦斯传感 节点 瓦斯传感 节点 瓦斯传感 节点 瓦斯传感 节点 网关 监控室 16 在树型网络中，路由器使用一个分级路由策略在网络中传送数据和控制信息。 当在矿井的巷道中布置网络时，受矿井特殊环境和Zigbee 网络的特性的影响， 本系统采用多跳 传递方式输出数据。 Zigbee 节点通过多个路由器将信号从井下传出。 Zigbee 节点间的距离大概为 70~100 米，具体网络布置 如图 所示，如果 在检测区域中有盲点， 可以通过增加节点的办法来解决。 图 井下巷道节点布置 本次课设射频模块采用的核心芯片 CC2530。 它内部包含了一个工业级小巧高效的 8051 控制器和一个高性能 DSSS(直接序列扩频 )射频收发器。 CC2530 芯片延用了以往 CC2420 芯片的架构，在单个芯片上整合了 Zigbee 射频 (RF)前端、内存和微控制器，其片内资源 如下 图 所示。 从图中可看出 CC2530 使用了 1 个 8 位 MCU(8051)，具有 128KB 可编程闪存和 8KB的 RAM，还包含模拟数字转换器 (ADC)、两个定时器 (Timer)、 AES128 协同处理器、看门狗定时器 (Watchdog timer)、 32kHz 晶振的休眠模式定时器、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。 CC2530 芯片采用 17 m CMOS 工艺，在接收模式下电流损耗低于 27mA，在发射模式下电流损耗低于 25mA。 CC2530 的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。 CC2530 芯片采用 QLP 封装，共有 48 个引脚。 全部引脚可分为I/O 端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。 图 CC2530 片内资源 8 输入8~14 位ADC AES128安全协处理器 16 位定时器 1 串行通信接口 2 ZigBee MAC 定时器 2 8 位定时器 3 无线处理器寄存器 CSMA/CA处理器 无线数据分析界面 解调器 AGC 调制器 FIFO结构管理控制 I/O接口。