基于cc2530温湿度采集系统课程设计报告(编辑修改稿)

基于cc2530温湿度采集系统课程设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

计。 实现温湿度数据采集的软件部分主要包括： Zigbee 协议栈整体架构、 Zigbee协议栈网络层、 AODV 路由协议。 实 现温湿度数据采集的硬件部分 嵌入式温湿度采集系统设计的硬件部分可以大体有 无线传感基本结构、无线传感实现原理、本设计所使用的实验箱以及软件支持、常见的无线传感模块 以及实现基于 CC2530 的温湿度采集系统节点模块设计等组成。 其具体内容如下： 无线传感基本结构 及实现原理 无线传感器网络 在设计目标方面是 以数据为中心 的 ， 在无线传感器网络中，因为 节点 通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中， 所以 除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止 不动 的。 在被监测区域内 ， 节点任意散落 ，节点 除了 需要完成 感测特定的对象 以外， 还 需要 进行简单的计算 ， 维持互相之间的网络连接 等功能。 并且由于 能源 的 无法替代 以及 低功耗的多跳通信模式节，设计 无线传感节点时， 有效的延长网络的生命周期 以及节 点的低功耗 成为无线传感器网络 研究 的核心问题 ， 其无线传感节点模型如下图 12所示。 无线传感网络的建立是基于 传感器加无线传输模块 的 ，传感器采集的数据 ，简单处理后 经过无线传输模块传到服务器或 应用终端。 目标、观测节点 、 传感节点和感知视场 是 无线传感器网络 所 包括 的 4个 基本实体对象。 大量传感节点随机部署， 单个节点经过初始的通信和协商， 通过自组织方式 自行配置， 形成一个 传输信息的单跳链接或一系列 无线网络节点组成的 网络， 协同形成对目标的感知视 9 场。 传感节点检测的目标信号经 过传感器 本地简单处理后 通过单播或广播以多跳的方式 通过邻近传感节点传输到观测节点。 用户和远程任务管理单元 则能够 通过卫星通信 网络或 Inter等 外部网络，与观测节点进行 数据信息的 交互。 观测节点向网络发布查询请求和控制指令，接收传感节点返回的目标信息。 图 12 无线传感节点模型 使用的实验箱以及软件支持 物联网创新实验系统 IOVT2530 采用系列传感器模块和无线节点模块组成无线传感网，扩展嵌入式网关实现广域访问，可实现多种物联网构架，完成物联网相关的各种传感器的信息采集、无线信号收发、 Zigbee 网络通讯、组件控制全过程。 该工具箱提供了无线传感网通信 模块、基本的传感器及控制器模块、嵌入式网关、计算机服务器参考软件等。 实现 温湿度采集系统节点模块设 计 实验系统包含 4个无线传感网通信节点和一个无线网络协调器。 其中具体情况如下： 无线节点模块：主要有射频单片机构成， MCU 是 TI 的 CC2530, 载频，棒状天线。 节点定位系统 移动系统 无线通信 模块 电源 电源自供电系统 传感器 模块 转换 处理器 存储器 10 传感器及控制模块：系列传感器模块，包括温湿度传感模块、继电器模块和RS232 模块等，也可以通过总线扩展用户自己的传感器及控制器部件。 电源板或智能主板：即实现无线节点模块与传感及控制模块的连接，又实现系统供电，目前主要有两节电池供电， 保留外接电源接口，可以直接有直流电供电。 实现 温湿 度数据采集的软件部 分 实现温湿度数据采集的软件部分主要有 Zigbee 技术概述、 Zigbee 协议栈整体架构、 Zigbee 协议栈网络层、 AODV 路由协议 等几部分组成。 而 Zigbee 协议栈网络层主要包括 : 网络层概述、网络层所实现功能、网络层中常用路由协议。 AODV路由协议主要包括：协议概述、协议的基本原理、 AODV 路 由协议消息控制帧。 一下将是温湿度数据采集的软件部分各部分的具体介绍： ZIGBEE 技术概述 Zigbee 技术的使用与 发展很大程度 上弥补了无线通信市场上低功耗、低成本、低速率的空缺。 同时 随着 Zigbee 技术的深入发展和应用，越来越多的注意力和研究力量将会转到应用的设计、实现互联互通测试和市场的推广等方面。 Zigbee 技术的关键点是发展一种易布建、低成本、低功耗的 无线网络。 Zigbee 技术的应用前景 非常好。 Zigbee 在未来的几年里将在工业无线定位、工业控制、消费电子、汽车自动化、家 庭网络、楼宇自动化、医用设备控制等多个控制领域具有广泛的应用 ，特别是工业控制和家庭自动化，将 会 成为今后Zigbee 芯片的主要应用领域。 通常符合以下条件之一 的应用，都 可以考虑采用Zigbee 技术： （ 1） 网点多：需要数据采集或监控的网点多。 （ 2） 低传输量：要求传输的数据量不大且要求数据成本低。 （ 3） 可靠性高：要求数据传输可靠性、全性高。 （ 4） 体积小：设备体积很小，体积较大的充电电池或者电源模块不便放置。 （ 5） 电池供电。 （ 6） 覆盖量大：所需检测点监测点多，地形复杂，需要较大的网络覆 盖面积。 11 （ 7） 现有移动网络的覆盖盲区。 （ 8） 遥测、遥控系统：使用现存移动网络进行的低数据量传输。 （ 9） 局部区域移动目标的定位系统：使用 GPS 效果差、成本高的。 Zigbee 无线传感网络是基于 技术标准和 Zigbee 网络协议而设计的无线数据传输网络，该网络主要应用在压力过程控制数据采集、流量过程控制数据采集、温度湿度监控、楼宇自动化、工业控制、数据中心、社区安防、设备监控、环境数据监控、制冷监控、仓库货物监控等方面。 适用于蔬菜大棚温度、湿度和土壤酸碱度监控，钢铁冶炼温度控制，煤气抄表等各个领域。 这种网络主要用于无线系统中短距离的连接，提供传感器网络接入，能够满足各种传感器的数据输出和输入控制的命令和信息的需求，实现系统网络化、无线化。 Zigbee 技术是一种应用于各种电子设备之间的无线通信技术，这种通信组网是基于中短距离范围内、低传输速率下的。 根据 Zigbee 技术的本质，它具有下列特性：低功耗、高度扩展性、可靠性 高等。 ZIGBEE 协议栈 Zigbee 协议栈由一组子层组成，每一层为其上层提供一定的特定服务：一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供管理、维护等服务。 每个服务实体通过一个服务接入点（ SAP）为其上层提供服务接口，并且每个服务接入点（ SAP）提供了一系列的基本服务指令来实现相应的功能。 Zigbee 协议栈中包括应以下各个 子层： （ 1） APP（ Application Programming）：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。 （ 2） HAL（ Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件层目录，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。 ZigBee 硬件 层通过射频固件和射频硬件提供了一个从 MAC 层以 硬件 层无线信道的接口。 在 硬件 层中，包含一个 硬件 层管理实体（ PLME），该实体通过调用 硬件 层的管理功能函数 ，为 硬件 层管理服务提供其接口，同时，还负责维护由 硬件 层所管理的目标数据库，该数据库包含有硬件 层个域网络的基本信息。 （ 3） MAC：介质接入控制子层，包含了 MAC 层的参数配置文件及其 MAC 的LIB 库的函数接口文件。 实现的功能有： 能产生网络信标。 支持 PAN 的连 12 接和断开连接。 同信标保持同步。 在对等的 MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。 处理和维护 GTS 机制。 信道接入采用 CSMACA 接入机制。 支持设备的安全性。 介质访问控制层 (MAC)帧被称为 MAC 协议数据单元 (MPDU)，其长度 不超过 127个字节。 它具有四种不同的帧形式，即信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。 （ 4） MT（ Monitor Test）：实现通过串口可控各层，与各层进行直接交互。 （ 5） NWK（ Z。