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信息系统论文 基于ZigBee绑定机制的无线环境信息采集系统

2018-12-21 11:03:23来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  本文介绍了zigbee的概念,ZigBee绑定机制的具体原理,以及实现绑定的要求,同时介绍了无线环境采集系统的概念、构成和工作原理。从zigbee传输的网络结构,网络协议,技术原理出发,归纳了无线传输zigbee技术的基本特点。基于无线传输节点设计原则,选用温湿度光照等传感器,用zigbee传输模块作为无线传输部分,给出了无线传输网络的通用结构系统硬件和软件的设计方案和具体实现,以图文结合的方式展现具体的系统设计。

  关键词:zigbee协议/zigbee绑定/无线采集/IEEE 802.15.4/CC2530

  1.绪论

  1.1课题研究背景与意义

  1.1.1选题背景

  在我们日常生活中,社会在不断的发展和进步,在这过程中,采用无线通信的方式进行光照、湿度和温度等环境数据采集结果的传输已经慢慢地渗透到我们日常生活的方方面面,环境数据采集的精确度在影响发展效率的同时也在逐渐得到人们的认可。

  1.1.2需求分析

  在工厂工地等恶劣工作环境下,工人们由于恶劣的条件不可能长时间呆在现场一直观察和操作设备,也无法一直检测设备的运行是否正常,这就需要一种数据自动采集装置将自动采集到的环境信息传输到环境不错的室内操作间,分析人员就可以在室内操作间内将操控指令准确的传达给室外环境中的执行模块来进行各种控制。这样的传输方式会产生很多问题,因为需要传输数据多、厂房或者工地面积大,使用已往的有线传输数据的方式需要铺设很长很多的传输数据线,占用空间,可控制性一般,浪费资源。而且一旦出现错误,还需要更换传输线。更何况有的环境更加恶劣,比如在野外或者山上,无法铺设传输线,或者传输设备线不够长,或者需要采集的对象以及采集节点在不断的移动,都是信息无法有效迅速准确传输的原因,然而用无线传输数据的方式就会很好的解决这些问题。

  在我我国农业的日常耕种储存中,仓库平时需要存储粮食,温室大棚日常的温湿度需要控制,已往都是采用人工的工作方式,比如,需要有经验的农民去进行现场观察,或者需要工人使用区域取样的方法进行采集,但是由于农田区域大,需要采集的数据众多,检测目标比较分散,工作量大,而且人工 的方法主观因素影响大,可靠性很一般。传统的采集检测方法已经不可能满足目前农业生产的需求,所以需要更加科学系统的无线通信的技术对非人工自动采集到的温度湿度光照等环境信息进行传输,这样采集到的数据更加精确,比人工采集的可靠性要高很多,并且人工工作量大幅减少,只要在数据接收室内对采集到的信息进行分析,有针对行解决问题就可,将复杂的农业问题简单化,变得便捷可行。

  在人们日常的.工作生活中,随着.科技水平的越来.越发达,人们的生活水.平不断提升,人们对居住的条件的要求也变得越来.越高,家居环境已经逐.渐朝着智能化的方向发展。现如今很多的家庭都会选择智能家居,原因无他,有智能家居的房间内大多包含智能的环境采集模块,对室内的温度,湿度,光照,煤气等环境信息进行监测,并且根据人们随时的需要进行控制,其基本原理就是采用无线通信技术对室内的采集模块采集到的温度湿度光照等环境数据进行传输,发送给主人的移动设备,让主人根据具体的情况和具体需求,进行及时的控制,比如开窗通风,开空调,打开热水器,关闭煤气阀门等等,极大的方便了人们的生活,是居住环境更加美好。

  以上就是日常生活中的几个常见的情况,在现实生活中,此类环境数据采集系统已经广泛应用在智能医疗、国防建设、城市管道、农业生产、工厂制造、消防安全的检测等各种各样的方面,而无线的传输系统因其不受环境限制,随时使用等独特的实用性,已经收到了人们的逐渐认可和广泛的好评。所以,如何更高效率的传输的学习就显得很有意义,其独特的实用性在将来会逐渐的普及,而怎样提高无线数据采集系统的精度,怎样进行无线传输,如何提高传输效率和传输距离等课题的学习研究就变得很有意义。

  1.1.3国内外现状及发展趋势

  随着现代.科技的普及和发展迅速.,设备的性能的.开始变得越来越优异,现在各行各业.对温湿度还有.光照等环境因素的要求开始变得越来越苛刻。 如果按照以往的环境信息采集模式,以人为主动劳动力,由工人检查记录轮流值班等方式进行测量以及记.录环境的信息。但是已往的这种操作方式效率并不高,需要极多采集时间浪费非常多的人才资源,并且成本较高,而且缺乏科学性,因为人工采集主观因素影响很大,而且并不准确,因为人工的疏忽以及测量的不准确造成了非常多的事故,人工的管理机制不够严谨,采集不够准确,数据传输不够及时。但是运用无线传输采集系统就能的解决这种监测采集不及时、人工采集不准确不完整等问题,这是因为无线传输采集系统的智能化的工作方式决定的。它的一般.工作步骤如下:首先采集模块采集环境中的光照温湿度能环境信息;处理器检查判断环境信息是否在正常的范围内;如果检查判断出环境信息是异常的,直接发送控制指令进行调节;在判断的过程中,如果在预设的时间的范围内还没有判断完,.就会发出异常信号的报警;接着处理器判断异常信号的处理是否完成,如果已经完成处理,则解除异常状态的警报。这就是无线采集系统的工作原理,合理的运用这种无线采集模块对环境进行实时监测和处理,并且及时传输,不受环境因素的影响,从而可以实现环境信息管理的有效性和实时性。所以本次设计对于类似的项目.还是具有普遍意义的。

  新型环境信息采集处理器在.上世纪90年代中期被人设计出来。它结合了计算机技术和自动测试技术以及微电子技术的特点,设计出独特的采集装置 。在当前环境下,已有多种智能的温湿度及光照烟雾等采集器被国际上的研究室开发出来 。新型环境信息采集器的内部含有信号接.收器、A/D.传感器、寄存.器、温湿度传.感器、光照传.感器、烟雾传.感器、气体浓度传.感器以及接口电路等。根据产品需要,有的还带有CPU、ROM和RAM。随着科技的不断进步,温度计和湿度计的设计已逐步趋于成熟,现在.常用的温度传.感器AD590,DS18B20湿.度传感器HMxx’系.列,DHT系列,HS1xx系列.随着温湿度计.的发展室内环境控制.系统也变得.越来越.成熟, 更好的.为人们服务。传统的光.电传感器.最主要是用硅和.锗这类的半导.体材料制成,但从近年来,硅材.料的固有缺点.开始出现,已经成为了半.导体发展的瓶颈。因此,人们开始采用新技.术来开发新的半.导体材料,用来替代硅,然后.逐渐的从数字化的方向往.嵌入式的方.向来发展,最后到达目前.的智能化微型化方向发展。对于国内外.对温湿及光照检测.的研究,,从复杂模.拟量检测到.现在的数字智能化检测.越发的成熟,现在的对.于环境信息研究,检测系统向.着小型化、智能化、低.功耗的方.向不断发展。在发展的.过程中,由单片机作.为核心的温湿.度控制系统逐步发.展为体积小、量程宽、操作.简单、测量精度高、性能稳定等.很多多优点在生活.生产的各个方面.都体现着志.关重要的作用。

  1.2 本文结构分析

  本文主要论述了一种基于zigbee绑定机制的无线环境采集系统,从理论基础出发,阐述了无线环境采集系统的硬件构造以及软件系统设计。

  :绪论。介绍了本篇论文的选题背景和研究意义,然后对社会的需求进行分析,通过这些现实中的例子,深刻的体现出环境采集系统的研究意义和重要性,最后对国内外采集系统的发展过程和现状进行了概述。

  :系统总体方案设计。第二章主要介绍了这个系统设计的主要思想和设计方案,以模型图的形式形象的体现出系统的整体状态和各部分间的信息传输,然后介绍了整个系统内各个部分的作用。

  :系统硬件方案设计。第三章着重介绍了系统的硬件构造,主要是系统的主控芯片cc2530的基本信息,以及本设计所主要用到的采集信息的感知模块和传输信息的传输模块的作用。

  :系统软件方案设计。第四章写的就是系统的软件设计方案,以IAR为开发环境的下位机程序和c++写的上位机程序。

  : 系统实验流程。本章就是整个系统的具体体现,以实验的方式体现出每一步的做法和作用,将整个系统展示出来,最后将设计完成的系统进行测试,从实验结果出发,分析整个系统。

  :系统总结和展望。第六章就是系统设计完成的总结和系统的未来展望。

  系统总体方案设计

  2.1系统各部分间的作用和联系

  图2-1 无线采集系统模型图

  系统理想模型图如下图2-1所示

  在日常的工业、农业以及我们日常的生活环境中,我们对于环境因素的要求还是比较严格的,对于环境内的温度,湿度,已经光照环境都由一定的要求,而且当环境范围比较大时,单点的环境信息就并不能代表整个系统内的环境信息。因此,在设计系统时,我们要选择精准的采集模块,并且采集模块要全面系统,这样才能达到我们对系统准确控制的目的。

  本文介绍的主要内容是基于zigbee绑定机制的环境采集系统,低成本,低功耗。整个系统由上位机和协调器以及采集节点组成,环境内的各个采集信息的装置就是采集节点,它分布在环境中的各个位置,采集节点时刻采集环境内的温度、湿度以及光照强度,并将采集到的信息实时通过绑定机制无线传输给协调器,协调器通过处理将采集到的温度湿度及光照信息在LED屏幕上清晰的显示出来。最后协调器通过串口将采集到的温湿度及光照信息传输给上位机,这样控制人员就可以在环境较好的控制室内收到信息,对于收到的温湿度及光照信息进行分析,然后根据现实情况和具体需求进行控制,达到实时采集控制的目的。

  本系统检测设计实现功能设备,生产、维护和升级成本低廉;利用无线进行网络组织、维护和数据传输避免了有线传输带来的线路布局问题,节约室内空间;并且系统结构简洁,功耗低,具有良好的灵活性。

  硬件系统方案设计

  3.1主控芯片的选择——cc2530

  本系统设计所选择的是CC2530芯片。CC2530内部含有一个ZigBee协议兼容无线的收发器,常用的射频通信功能能在芯片的内部自行进行控制。并且它还包含了一个微控制器(MCU)和无线设备间的接口,能够让系统按一定的次序工作:发送命令一读取状态一自行连接一判断无线设备的状态。以上的这些都使得CC2530芯片具体应用和操作起来只要连接很少的外部器件,同时它的整体硬件电路的设计也是趋于优化的状态。CC2530经过了不断的改进和发展的,与它的前身CC2430对比来看,现在的版本在射频通信方面具有更好的表现,而且新版本在Flash存储上提升了空间更足以来支持较大的一些应用。

  CC2530模块可以大致分为3类:CPU与内存相关模块,外设、时钟和电源管理相关模块,无线电相关模块。它内置业界领先的RF转发器,并结合了增强型工业标准型8051MCU。CC2530具有系统可编程的256字节闪存、8KB RAM、两个UART接口并可复用SPI接口、8通道ADC、21个GPIO口和其他强大功能。CC2530具有不同的电源运行模式,非常适合超低功耗需求系统。

  实验主要原理:

  CC2530具有兼.容IEEE 802.15.4无线.收发器。模拟无.线射频内核.控制模块。此外,它提供了.单片机和无线设备之间.的一个接口,可以发出命.令,读取状态,自动操作,和.确定无线设备事件的顺.序。无线设备还包括.一个数据包过滤.和地址识别.模块。

  本次实验主要设计的知识点有两点①串口通信②AD转换

  ①串口通信

  串口电路如图3-1所示

  图3-1

  具体通信原理如图3-2所示:

  图3-2

  从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。

  而调用串口的主要程序是这样的:

  Void main()

  {

  TXOD=0x20;//设置定时器1为方式二

  TH1=0xfd;//装入初值

  TL1=0XFD;

  TR1=1;//启动定时器1

  SMO=0;

  SM1=1;//设置串口方式为1

  REN=1;//接收使能

  EA=1;//打开总中断开关

  ES=1;//打开串口总中断开关

  While(1);

  }

  Void serial() interrupt

  {

  a = SBUF;

  P1=a;

  RI=0;

  Flag=1;

  }

  ②AD转换

  AD转换电路如图3-3所示

  图3-3

  在采用cc2530采集无线环境信息时,因为采集到的温度湿度及光照信息都是模拟量,所以在系统中要设计到AD转换,AD转换原理如下所示:

  ADC支持14位的模拟数字转换,具有多达12位的ENOB(有效数据)。它是具有可选的抽取率,这也设置了分辨率。CC2530没有为之专门设置的寄存器分辨率,而是用一个抽取率来代替分辨率,当我们设置好抽取率就默认等于设置好了分辨率和ADC转换时间(Tconv=(抽取率+16)*0.25μs),转换时间由分辨率的大小决定,具体的转换时间是随着分辨率的提高而变长。当进行单个测量时,分辨率最高的可以达到12位,并不是14位,14位中有一位符号位,有一位是预留位,在抓取率是512时,分辨率可以达到最大,此时的转换速率也会变成最低。分辨率有8/10/12/14这几种类型,但真正的对应的有效位为7/9/10/12位。ADC有8个独立的输入通道,输入的可以是单端信号也可以是差分信号。所谓的单端输入,就是直接一端接地,一端接I/0引脚;而差分输入就是输入信号为两个信号的电压差。输入通道还可以输入一个对应AVDD5/3的电压让之成为ADC输入,它可以实现的功能和具体的电池检测是差不多的。 单端电压输入AIN0到AIN7以通道号码0到7表示通道号码8到11表示差分输入,由AIN0–AIN1、AIN2–AIN3、AIN4–AIN5和AIN6–AIN7组成。通道号码12表示GND,温度传感器则对应的是通道14,通道号码15代表的是AVDD5/3,而通道13是保留位。使用ADC有两种情况:第一种是连续转换,此时需要配置ADCCON2寄存器;第二种是单次转换,此时只需要配置寄存器ADCCON3即可。对于转换序列,如果ADCCON2.SCH设置为一个小于8的值,转换序列包括一个转换,来自每个通道,从0往上,包括ADCCON2.SCH编程的通道号码。当ADCCON2.SCH的值设置在8和12之间时,序列进行差分输入,从通道8开始,在已编程的通道结束。对于ADCCON2.SCH大于或等于12,序列仅包括相应所选的通道。通过配置ADCCON3寄存器可以实现单次转换,ADC可以编程为从任何通道执行一个转换。在本次设计中读取湿度的过程中,我用的是单端输入的方式,设置通道为5,然后设置了64的抓取率。

  3.2感知信息模块的设计与分析

  温度传感器模块它的主要功能就是能够实时地、准确地采集环境中的温湿度的数据,同时将这些采集到的数据信息发送给微处理器。本设计选择的传感器是SHT10温湿度传感器。他将采集和传感结合在一起的,它包含有专业的的对温湿度感应和测量的元件部分,内部还有自己的单片机,所以这个传感器具有很高的稳定。再因为它是一款数字型号的,所以我们在采集数据时能够直接的测量,不再需要添加其他的转换程序,减少了工作量。

  本次选择的传感器是BPW34S光照传感,含有经过校准的数字信号输出的复合传感器,可以在同时测量光照度的基础上提高测量的精度。BPW34S芯片内部高度集成直接数字输出,省略复杂的计算,省略标定不区分环境光源接近于视觉灵敏度的分光特性,可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定可以直接与微处理器、微控制器等系统接口,所以系统集成简单快捷,使其成为各类应用场合最佳的选择。

  SHT10温湿度模块及BPW34S光照采集模块模型图如图3-4所示

  图3-4 cc2530中温湿度及光照传感器模块

  3.3传输信息模块的设计与分析

  本次系统传输原理采用的是基于zigbee绑定机制无线传输,所以在此要的介绍一下zigbee以及绑定机制。

  3.3.1 zigbee

  ZIGBEE是基于IEEE802.15.4标准低功耗局域网协议。根据国际标准要求,无线个域网技术是一种低功耗的无线通信技术,传输距离很短。此名称(也称为无线个域网协议)是蜜蜂舞蹈的方式而引意俩,因为蜜蜂“嗡嗡”(zig)地摇动翅膀“跳舞”,一次来分享位置信息和传递蜂花粉给同伴交流。蜜蜂(Bee)是采用这种方法与飞行同伴建立一个通信网络组。其特点是自组织、短距离、低复杂性、低数据传输速率、消耗功耗低。主要适用于遥感领域和自动控制领域可以被嵌入到各种各样的设备。简而言之,zibgee是一个相对廉价的,低功耗短距离无线网络通信技术。

  zigbee是一种低速短距离无线网络传输协议。Zigbee可以分为应用层(APL),网络层(NWK),介质访问控制层(MAC),物理层(体育),传输层(TL)等。在这之中MAC层和物理层遵循IEEE.802.15.4标准的基本规定。

  以ZigBee技术作为载体支持数据收集技术,有重要的意义,,它可以实现无线数据收集的优点,但也有其自身一些独特的优点:

  ①低功耗。②低成本。③低传输速率。④传输速率短。⑤短延迟。⑥高容量。⑦安全性高。⑧免执照频段。

  ZigBee 协议栈结构见图2-1,由不同的功能的协议层组成,每一种上层都由下层提供详细的服务,管理单元提供其他服务,数据传输服务有数据单元提供。服务访问点(SAP)作为接口服务层为上层行访问,每个SAP支持一系列的服务方法,实现所需的功能。

  图3-5 ZigBee 协议栈结构

  3.3.2 zigbee绑定(Binding)机制

  Binding是指在应用层之间的一种协议,可以是两个设备,或者是两个以上的设备。它们在应用层之间相互传输数据的时建立的一种协议。在ZigBee2006发布版本中,这种协议被称为了原Binding,在应用层内的所有设备都可以Binding。Binding协议允许在不知道目标设备的短地址的前提下,应用程序就可以像目标发送数据包(目标设备的短地址设置为无效的地址0 xfffe)。目标设备的Binding表的短地址由应用支持子层(APS)来确定,最后数据由应用程序发送到目标位置。假如在Binding表中,目标短地址有很多个,这样Protocol stack会将目标数据发送到所有的目的位置。

  图3-6:绑定图示:

  图3-6 绑定图示

  此图主要为我们展示的两个设备进行绑定的基本原理,从上图我们可以看出,设备1中的阀门1与阀门2经过绑定表与设备2中的上面的灭火器进行绑定,而阀门3经过绑定表与下面的灭火器进行绑定,这样对于上面的灭火器需要阀门1与阀门2同时操作才能控制,而阀门3自己就可以控制下面的灭火器。从此图可以看出,绑定关系建立之后,只有对应关系的设备才能相互控制或被控制,没有建立绑定关系的就并不能进行控制。

  这个系统的采集节点和协调器之间通过绑定机制联系在一起,采集节点采集到的信息通过绑定传输给协调器,之后协调器再通过串口将信息传输给上位机,完成采集任务。

  系统软件方案设计

  4.1 上位机方案设计

  图4-1 上位机程序图示

  上位机用c++进行编写

  主要代码功能代码:

  打开串口,设置波特率,数据位等信息

  str=this->ui->COMcomboBox->currentText();//获取当前所选择的COM口

  my_serialport= new QSerialPort();

  my_serialport->setPortName(str);//将当前的COM口选为要打开的串口

  my_serialport->open(QIODevice::ReadWrite);//打开串口

  my_serialport->setBaudRate(115200);//设置波特率为115200

  my_serialport->setDataBits(QSerialPort::Data8);//设置数据位为8

  my_serialport->setParity(QSerialPort::NoParity);

  my_serialport->setStopBits(QSerialPort::OneStop);

  my_serialport->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);

  timer = new QTimer(this);//设置扫描串口的定时器

  connect(timer, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(readcom()));//设置关联槽,将定时器与读串口槽函数相连

  timer->start(1900);//开启定时器,每隔1900ms扫描一次串口

  ui->OpenCompushButton->setEnabled(false);//禁止打开串口按钮

  ui->CloseCompushButton->setEnabled(true);//允许关闭串口按钮

  //设置向data.db数据库中写入数据的定时器,每隔一分钟写入一次

  testTimer = new QTimer(this);

  connect( testTimer,SIGNAL(timeout()),this,SLOT(testFunction()));

  testTimer->start(60000);

  }

  (2)判断数据包是那个节点发的

  string1=requestData.section('#',4,4);//从requestData中分出温度, string2=requestData.section('#',5,5);//从requestData中分出湿度

  string3=requestData.section('#',6,6);//从requestData中分出光照

  string4=requestData.section('#',8,8);//从requestData中分出rssi值

  string5=requestData.section('#',10,10);//从requestData中分出节点标识符

  string4.toInt();//将rssi值转化为int型

  (3)画图

  QPainter painter;

  QImage image(301,301,QImage::Format_ARGB32);//定义图片,并在图片上绘图方便显示

  update();

  painter.begin(&image);

  painter.drawRect(0,0,300,300);//绘制以300*300的矩形

  QPen pen(Qt::black,10);//设置画笔

  painter.setPen(pen);

  4.2 下位机方案设计

  开发平台

  本设计软件部分的控制程序的开发是用TI公司提供的Z-Stack,在软件编程方面所选的环境是IAR Embedded Workbench(EW)。交叉IAR嵌入式工作台的C / c++编译器和调试器是今天世界上最完整、最容易使用专业的嵌入式应用程序开发工具,直观的用户界面是对不同的微处理器提供[12]。它是将我们平时学习、工作、开发时所用到得很多编辑、编译和调试的工具都完美的组合在一起,让我们不论是初学者还是一些经验丰富的开发人员都能够在这上面和好的工作和学习,并且它还具有最大数量的源代码继承的能力。像我们这种对开发接触不深的初学者来说,它很好的提高了我们学习的效率和大大的缩减了学习时间。

  ①协调器

  int main( void )

  {

  osal_int_disable( INTS_ALL ); //关闭所有中断 EA=0

  HAL_BOARD_INIT(); //初始化系统时钟 、LED所使用的IO等

  zmain_vdd_check(); //检测芯片电压是否正常

  InitBoard( OB_COLD ); //初始化LED的IO

  HalDriverInit(); //初始化芯片各个硬件模块(包括LCD)

  osal_nv_init( NULL ); //初始化FLASH存储

  ZMacInit(); //初始化MAC层

  zmain_ext_addr(); //形成节点MAC地址

  zgInit(); //初始化一些非易失变量

  #ifndef NONWK

  // Since the AF isn't a task, call it's initialization routine

  afInit(); //初始化应用框架层

  #endif

  osal_init_system(); //初始化操作系统

  osal_int_enable( INTS_ALL ); //使能全部中断

  InitBoard( OB_READY ); //初始化按键

  zmain_dev_info(); //在液晶上显示设备IEEE信息

  #ifdef LCD_SUPPORTED

  zmain_lcd_init(); //在LCD上显示该设备的信息

  #endif

  #ifdef WDT_IN_PM1

  /* If WDT is used, this is a good place to enable it. */

  WatchDogEnable( WDTIMX );

  #endif

  osal_start_system(); // No Return from here

  // while(1);

  return 0;

  ②终端节点

  (1)建立绑定

  void zb_BindConfirm( uint16 commandId, uint8 status )

  {

  if(status==ZB_SUCCESS) //绑定成功

  {

  appState=APP_REPORT; //设备设置为开始发送数据状态

  osal_set_event(sapi_TaskID,MY_REPORT_EVT); //设置发送信息事件

  if(appControlobject) //如果开启了数据采用,重新绑定后,继续执行原来的命令

  {

  osal_set_event( sapi_TaskID, MY_SB_MSG_EVT );

  }

  }

  else //绑定失败,重新绑定

  {

  osal_start_timerEx( sapi_TaskID, MY_FIND_COLLECTOR_EVT, 2000 );

  }

  }

  采集温湿度

  this->ui->Tlabel->setText(QString::number(string1.toInt())+" C");//温度值

  this->ui->Hlabel->setText(QString::number(string2.toInt())+" RH");//湿度值

  this->ui->Llabel->setText(QString::number(string3.toInt())+" LX");//光照值。

  5.实验操作流程

  图5-1

  环境数据采集前,通过IAREmbedded的开发环境对程序进行编译下载,根据硬件电路需求下载到相应的协调器(coordinator)、终端设备节点(End Device)。下载完成后,根据环境的实际情况进行相应布点,建立一个运行正常的网络通道。在coordinator启动后,等待Router或End Device的加入。Router启动后等待End Device加入。End Device上电复位后,首先搜寻所在区域的网络,并提出加入网络的申请,coordinator允许后便成功加入网络,并从串口输出数据信息。在End Device上的显示屏上也会有具体的数据显示。

  5.1设备需求:

  ①.装有IAR 、中间件、物联网演示系统、vs2008的PC 机一台;

  ②.2530 仿真器,USB供电线(A 型转B 型);

  ③交叉网线,网口—串口转换器,usb转串口线

  ④无线节点模块,不带lcd屏的只能主板和带LCD 的智能主板各一个,温湿度及光电传感器模块。

  5.2操作步骤:

  ①给智能主板供电(USB 外接电源);

  ②将一个无线节点模块插入到带LCD 的智能主板的相应位置。如图5-2

  图5-2

  ③将图2.2.4所示的传感器采集模块插入到不带LCD屏幕的智能主板的传感及控制扩展口位置。如图5-3

  图5-3

  完成后整体模块如图5-4所示

  图5-4

  ④将CC2530 仿.真器的一端通.过10Pin下载线连接到智.能主板的CC2530 JTAG 口(J203),另一端通过USB 线(A 型转B 型)连接到PC 机。

  ⑤紧接着将智能主板上电源打开。接着按下仿真器上的按钮,看到仿真器上的指示灯为绿色时,表示连接成功,如果没有变红,重复第4 、5部。 如图5-5所示。

  图5-5

  ⑥将协调器相关程序CollectorEB(CollectorEB-PRO)下载到带串口带LED屏幕的模块中,在整个系统中作为协调器使用。

  ⑦将采集节点相关程序SensorEB(SensorEB-PRO)下载到不带串口不带LED屏幕的模块中,在整个系统中作为采集信息的采集节点使用。

  ⑧系统程序下载工作结束,按下仿真器的重置按钮,接着关掉智能主板的电源,拔下传输线和仿真器。

  ⑨首先打开CoordinatorEB 工程模块的电源,再打开EndDeviceEB 工程模块的电源。按下CoordinatorEB 工程模块的SW1,在5S 内,按下EndDeviceEB 工程模块的SW1。如果两个模块上的LED3 都被点亮,则绑定成功。如果LED3 没有点亮,则绑定失败,重复该过程,直到绑定成功。如图5-6所示

  图5-6

  ⑩运用环境采集节点采集当时的环境的温湿度和光照等信息,并由绑定好的两块节点相互传输(由不带LED屏幕的采集节点采集数据,并发送环境信息给现实节点)如图5-7所示

  图5-7

  ⑪在上位机PC端打开上位机程序现实采集到的数据信息。如图5-8所示

  图5-8

  5.3测试结果

  (1)当我们的硬件系统设计完成后,我们要将它和上位机联系起来,测试一下系统的实现情况,首先,我们将在什么条件都不添加的情况下,让采集系统自行采集相关数据,然后通过我们已经建立好的绑定机制传输给现实模块,然后查看结果。如图3.2.6所示

  此时测试到的实时环境数据是:

  温度:22

  湿度:40%

  光照强度:801LX

  接着,我用手捂住采集模块的传感器,并想采集模块吹气,因为手心温度略高于环境温度,而且遮挡住了光照,而我们呼出的气体湿度要大于环境湿度,所以我们此时的采集效果变成了这样。

  如图3.2.7所示

  此时测试到的实时环境数据是:

  温度:23

  湿度:44%

  光照强度:663LX

  有上面的测试我们可以清晰的看出,当环境条件改变时,我们的采集系统采集到的信息也随之改变,这正是我们想要的结果!

  系统总结和展望

  就目前而言,大部分的农业,工业,牧业等产业的环境信息采集方式还是在用人工的办法进行采集,这样不但极大的消耗人工的劳动力,而且很消耗时间,效率极低,并且采集效果不准确,极大地影响了采集效果和系统的准确性,无法及时的实现控制效果。而运用无线传输采集技术,可以很好的解决这个问题。

  本人设计的无线环境采集系统知识一个实验模型,是在实验室内的cc2530单片机上进行设计的初步实验系统,只采集光照,温度和湿度,并不具备全面代表性,在生活中的采集系统不光要采集光照温湿度等信息,可能还要采集烟雾,煤气,气体浓度,酒精浓度,土壤环境,材料成分等多种环境信息,所以这个采集系统还比较片面,如果要变为实用,还需要增加很多传感器模块,以及各种控制模块,才能投入使用。

  在社会不断进步的同时,采集传输系统的发展趋势也将是逐渐的变为无人化,智能化,精确化,所以将来无线传输也会越来越普及,我们只有学习好无线传输的基本原理,才能跟上时代的潮流,不断进步!

  结束语

  光阴似箭,日月如梭,不知不觉间四年的大学生涯已经接近尾声,在这四年的大学生涯中,经过计通系老师的悉心教导,物件12-01班同学的热情帮助,我从懵懂无知的高中毕业生蜕变为即将大学毕业的有志青年。在此期间,我学到了很多物联网方面的专业知识,而在为人处世方面,我也有了很大的提升。郑轻的学习生活让我难忘,认真的学习生活,欢乐的课余活动,紧张的考试,轻松的周末,都是我大学生活中的宝贵财富。

  在本次毕业设计的过程中,我又学到了平时课程中所学不到的知识,在平时的课程中,学习的主要是理论方面的知识,而在做毕业设计的过程中,更多的动手实验,将理论知识转化为实践操作,在这过程中,我对zigbee物联网方面的学习变得更加的透彻,这是一个很大的进步。在学习过程中,我的导师李娜娜给了我很大的帮助,对于我的每一个问题,李娜娜老师都不辞辛苦的悉心解释,在我做实验出现问题的时候,老师都马上给我指出问题,让我少走弯路,在此要特别感谢我的老师,谢谢您!

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