基于zigbee的温度检测系统设计

基于zigbee的温度检测系统设计内容摘要：

，以达到最大限度地节省功耗，而非信标模式只允许 ZE 进行周期性休眠，协调器和所有路由器设备长期处于工作状态。 在信标模式下，协调器负责以一定的间隔时间 (一般在 15ms4mins 之间 )向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有 16 个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各个时槽内发送。 非信标模式下， ZigBee 标准采用父节点为子节点缓存数据，终端节点主动向其父节点提取数据的机制，实现终端节点的周期性 (周期可设置 )休眠。 网络中所有的父节点需要为自己的子节点缓存数据帧，所有子节点的大多数时间都处于休眠状态，周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，并向 父节点提取数据，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要 15ms。 CC2430芯片 CC2430概述 CC2430 是一颗真正的系统芯片 (SoC)CMOS 解决方案。 这种解决方案能够提高性能并满足以 ZigBee 为基础的 ISM 波段 应用，及对低成本，低功耗的要求。 它结合一个高性能 DSSS(直接序列扩频 )射频收发器核心和一本科毕业设计论文 12 颗工业级小巧高效的 8051 控制器。 图 25 CC2430引脚排列图 Figure 25 The Pin arrangement of CC2430 CC2430 的尺寸只有 77mm 48pin 的封装，采用具有内嵌闪存的 微米 CMOS 标准技术。 这可实现数字基带处理器， RF、模拟电路及系统存储器 整合在同一个硅晶片上。 CC2430 包含一个增强型工业标准的 8 位 8051 微控制器内核，运行时 钟32MHz。 CC2430 包含一个 DMA 控制器。 8K 字节静态 RAM，其中的 4K 字节是超低功耗 SRAM。 32K， 64K 或 128K 字节的片内 Flash 块提供在电路可编程非易失性存储器。 CC2430 集成了 4 个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个 32MHz 晶体振荡器，一个 16MHz RC振荡器，一个可选的 晶体振荡器和一个可选的 RC 振荡器。 CC2430 也集成了用于用户自定义应用的外设。 一个 AES 协处理器被集成在 CC2430 之中 ， 用来 支持 IEEE MAC 安全所需的（ 128 位关键字）AES 的运行， 以 尽可能少的占用微控制器。 中断控制器为总共 18 个中断源提供服务，他们中的每个中断都被赋予 4 个中断优先级中的某一个。 调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部 Flash 编程。 I/O 控制器的职责是 21 个一般 I/O 口的灵活分配和可靠控制。 CC2430 包括四个定时器：一个 16 位 MAC 定时器，用以为 IEEE 的 CSMACA 算法提供定时以及为 IEEE 的 MAC 层提供定时。 一个一般的 16 位和两个 8 位定时器，支持典型的定时 /计数功能，例如，输入捕捉、本科毕业设计论文 13 比较输出和 PWM 功能。 CC2430 内集成的其他外设有 : 实时时钟；上电复位； 8 通道， 8－ 14 位 ADC；可编程看门狗；两个可编程 USART，用于主 /从 SPI 或 UART 操作。 为了更好的处理网络和应用操作的带宽， CC2430 集成了大多数对定时要求严格的一系列 IEEE MAC 协议，以减轻微控制器的负担。 这包括 ： 自动前导帧发生器 、 同步字插入 /检测 、 CRC16 校验 、 CCA、 信号强度检测 /数字RSSI、 连接品质指示 (LQI) 和 CSMA/CA 协处理器。 CC2430 芯片的主要特点 CC2430 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。 它使用 1 个 8 位 MCU（ 8051），具有 128 KB 可编程闪存和 8 KB 的 RAM，还包含模拟数字转换器 (ADC)、几个定时器（ Timer）、 AES128 协同处理器、看门狗定时器（ Watchdog timer）、 32 kHz 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。 CC2430 芯片采用 μm CMOS 工艺生产；在接收和发射模式下，电流损耗分别低 于 27 mA 或 25 mA。 CC2430 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。 本科毕业设计论文 14 ZigBee 的温度采集系统 开发环境简介 C51RF3PK ZigBee 无线网络技术专业开发平台 成都无线龙 ZigBee 协议栈高级开发系统 C51RF3 是一款经济、高效、方便的开发工具套装，满足 IEEE 标准和 ZigBee 技术标准的无线网络技术设计开发。 C51RF3PK 开发平台具有以下特点： 具有 USB 高速下载、支持 IAR 集成开发环境； 具有在线下载、调试、仿真功能； 可以根据需求选配多种扩展开发板； 开发方便、快捷、简单； 功能强大的 C51RF3 仿真器。 不仅可以实现对 CC2430/CC2431 程序下载，还可实现开发仿真调试。 多种扩展板既有简单开发按键、又有液晶显示及各种传感器。 不但可以实现简单的 CC2430/CC2431 开发，还可作复杂的 ZigBee 无线 网络。 IAR Embedded Workbench简介 IAR Embedded Workbench（简称 EW）的 C/C++交叉编译器和调试器是今天世界最完整的和最容易使用专业嵌入式应用开发工具。 EW 今天已经支持 35 种以上的 8 位 /16 位 32 位 ARM 的微处理器结构，对不同的微处理器提供一样直观用户界面。 EW 包括：嵌入式 C/C++优化编译器，汇编器，连接定位器，库管理员，编辑器，项目管理器和 CSPY 调试器。 使用 IAR 的编译器最优化最紧凑的代码，可以节省硬件资源，最大限度地降低 产品成本，提高产品竞争力。 IAR Embedded Workbench 集成的编译器主要产品特征： • 高效 PROMable 代码 • 完全标准 C 兼容 • 内建对应芯片的程序速度和大小优化器 • 目标特性扩充 本科毕业设计论文 15 • 版本控制和扩展工具支持良好 • 便捷的中断处理和模拟 • 瓶颈性能分析 • 高效浮点支持 • 内存模式选择 • 工程中相对路径支持 IAR Systems 的 C/C++编译器可以生成高效可靠的可执行代码，并且应用程序规模越大，效果明显。 与其他的工具开发厂商相比，系统同时使用全局和针对具体芯 片的优化技术。 连接器提供的全局类型检测和范围检测对于生成目标的代码的质量是至关重要。 IAR Embedded Workbench 是一套完整的集成开发工具集合：包括从代码编辑器、工程建立到 C/C++编译器、连接器和调试器的各类开发工具。 它和各种仿真器、调试器紧密结合，使用户在开发和调试过程中，仅仅使用一种开发环境界面，就可以完成多种微控制器的开发工作。 除上述的几点之外，在 IAR Embedded Workbench， IAR Systems 还提供了visual STATE 和 IAR MakeApp 两套图形 开发工具帮助开发者完成应用程序的开发，它可以根据设计自动生成应用程序代码和自动生成驱动程序，使开发者摆脱这些耗时的任务同时保证了代码的质量。 系统详细设计 本设计所实现的无线温度采集系统以 C51RF3PK 开发平台为核心，使用了两块表演板，利用芯片自带的温度传感器采集温度值，充分发挥了C51RF3PK 开发平台的丰富资源。 在上位机上，采集的温度实时地显示出来，并且通过折线图动态描绘出温度的变化趋势。 考虑到可能采集多个节点的温度，上位机可以根据客户要求切换不同节点的温度折线 图。 为了方便对以往数据的查看，采集到的数据被实时保存到了文档之中。 本系统由三类节点组成： ZigBee 协调器节点、 路由器 节点、传感器节点。 图 31 所示是其组成示意图，其中 ZigBee 协调器是分布式处理中心，即汇聚节点。 多个传感器节点置于不同的监测区域，每个传感器节点会先把数据传给汇聚节点，然后汇聚节点把数据通过串口传给上位机做进一步处理并显示给用户。 本科毕业设计论文 16 协调器节点 可以与多个传感器节点通信，这样可以使本系统同时监测多个区域，何时检测哪个区域通常由用户通过协调器节点来控制。 当被检测区域的障碍物较多或者协调器节点距离传感器节点较远时，可以通过增加路由器节点来增强网络的稳定性。 当用户没有数据请求时，传感器节点只进行低功耗的信道扫描。 图 31 温度采集系统示意图 Figure 31 The Schematic of Temperature Detection System。