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基于CC2530温湿度采集与传输系统设计实现.pdf

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基于 CC2530 温湿度 采集 传输 系统 设计 实现
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本科毕业 设计( 论文 ) 基于 CC2530温湿度采集与传输系统设计实现 万俊 燕山大学里仁学院 2014年 6月 本科毕业 设计( 论文 ) 基于 CC2530温湿度采集与传输系统设计与实现 学院(系): 燕山大学里仁学院 专 业: 电子信息工程 学生 姓名: 万 俊 学 号: 101308061233 指导 教师: 刘洺辛 答辩 日期: 2014年 6月 燕山大学毕业设计(论文)任务书 学院: 里仁学院 系级教 学单位: 电子工程系 学 号 101308061233 学生 姓名 万 俊 专 业 班 级 电子信息工程 2班 题 目 题目名称 基于 cc2530 温湿度采集与传输系统设计与实现 题目性质 1.理工类: 工程设计 ( √ );工程技术实验研究型 ( ); 理论研究型 ( );计算机软件型 ( );综合型 ( ) 2.管理类 ( ); 3.外语类 ( ); 4.艺术类 ( ) 题目类型 1.毕业设计( √ ) 2.论文( ) 题 目来源 科研 课题 ( ) 生产实际 ( ) 自选 题目 ( √ ) 主 要 内 容 本次的设计主要是通过下位机(主要是 cc2530)采集当前环境的温湿度 ,采集后通过 ZigBee 无线传感网络把数据传到协调器,协调器接收数据后,把数据传到上位机,上位机接收数据并把数据显示在上位机软件上的文本框,并把数据实时的动态折线显示,并且还可以自动或者手动的发送指令来控制下位机的状态。 基 本 要 求 通过本次的设计后,对 zigbee 无线传感网络有一定的了解,对上位机软件操作有一定的编写能力。 参 考 资 料 [1]ZigBee 传感网络的设计与实现 ———— 王小强,欧阳骏,黄宁淋编著 [2]ZigBee 无线网络技术入门与实战 ———— 李文仲,北京航空航天大学出版社 [3]ZigBee2007/pro 协议栈实验与实践 ———— 李文仲,北京航空航天大学出版社 周 次 第 1 ~ 4 周 第 5 ~ 8 周 第 9 ~ 12 周 第 13 ~ 16 周 第 17 ~ 18 周 应 完 成 的 内 容 查阅文献 方案设计 编写代码 软件测试 软件联调 撰写论文 准备答辩 指导教师: 刘洺辛 职称: 教授 2014 年 3月 1 号 系级教学单位审批: 胡正平 2014 年 3月 1 号 摘要 I 摘要 ZigBee,国内称之为“紫蜂 ”,是一种廉价的低功耗近距离无线组网通信技术,具有低功耗、低成本、低速率、短延时、高网络容量等特点。目前,ZigBee 技术已经广泛应用于无线通信领域。 首先, 本设计意在通过 ZigBee 无线通信技术构建一个无线传感网络,所用处理器为 cc2530 这款单片机, 采用点对点网络拓扑结构,对加入该网络传感节点进行温度和湿度数据采集和分析,可以应用于工业控制或者农业生产中对温度的检测和控制, 避免了有线网络的布线问题和成本问题。 其次, 上位机 由 Visual Basic 语言编写完成, ZigBee 无线网络中的终端设备通过采集当地的温湿度数据,通过 ZigBee 无线网络传输给协调器,协调器再把数据通过串口将数据传给上位机,上位机显示温湿度数据通过以折线的方式实时的显示出来,同时上位机还可以自动或者手动发送指令来控制下位机(终端设备和协调器)。 最后,实现上位机和下位机联调成功后,进行毕业答辩演示。 关键词 zigbee;cc2530;无线传感网络 ;温湿度 的 采集 燕山大学里仁学院毕业设计(论文) II Abstract ZigBee, domestic call this \“purple\“, is a kind of cheap low power short distance wireless network communication technology, with low power consumption, low cost, low rate, short time delay, high network capacity, etc. At present, ZigBee technology has been widely applied in wireless communication field. First of all, this design aims to through the ZigBee wireless communication technology to build a wireless sensor network, the processor used for cc2530 the microcontroller, using a peer-to-peer network topology structure, to temperature and humidity sensor nodes to join the network data collection and analysis, can be used in the industrial control or agricultural production of temperature detection and control, to avoid the cable network wiring and cost problems. Second, PC completed by Visual Basic language, ZigBee wireless network terminal device through the acquisition of local temperature and humidity data, through the ZigBee wireless network transmission to the coordinator, the coordinator to pass data through the serial port to PC, PC display temperature and humidity data through real-time display, in the form of line and upper machine also can be automatically or manually send commands to control the machine (terminal equipment and the coordinator). Finally, realize the upper machine and lower machine alignment success, after the graduation reply demo. Key Words Zigbee ;cc2530 ;Wireless sensor network ;Temperature and humidity acquisition III 目 录 摘要 .......................................................................................................................1 Abstract .................................................................................................................2 第 1章 绪论 .......................................................................................................1 1.1 课题背景 ...............................................................................................1 1.2 课题研究的目的和意义 .......................................................................2 1.3 国内外研究概况 ...................................................................................4 1.4 论文的主要研究内容及论文安排 .......................................................5 第 2 章 ZigBee协议及所采用的芯片介绍 .......................................................7 2.1 ZIGBEE概述 ............................................................................................7 2.2 ZIGBEE网络基础 ....................................................................................9 2.2.1网络节点类型 ................................................................................9 2.2.2 网络拓扑形式 .............................................................................10 2.2.3 ZigBee组网技术 ........................................................................ 11 2.2.4 工作模式 .....................................................................................12 2.3 CC2530芯片 ........................................................................................12 2.3.1 CC2530前瞻及应用 ....................................................................12 2.3.2 CC2530概述 ................................................................................13 2.3.3 CC2530 芯片的主要特点 ...........................................................14 2.4 本章小节 .............................................................................................15 第 3 章 系统的具体设计 .................................................................................17 3.1 开发环境简介 .....................................................................................17 3.1.1 C51RF-3-PK ZigBee无线网络技术专业开发平台 ..................17 3.1.2 IAR Embedded Workbench简介 ................................................17 3.2 系统详细设计 .....................................................................................18 3.2.1系统整体结构 ..............................................................................18 3.2.2 节点的硬件设计 .........................................................................19 3.2.3 系统的程序设计 .........................................................................20 3.2.4 基于 ZigBee的温度采集系统程序流程图设计 .......................24 3.3 上位机 .................................................................................................26 IV 3.3.1 上位机的功能简介 ..................................................................... 26 3.3.2 上位机软件的程序的流程图 ..................................................... 28 3.4 本章小节 ............................................................................................. 29 第 4章 系统测试 ............................................................................................... 31 4.1系统测试步骤 ...................................................................................... 31 4.2 系统测试结果 ..................................................................................... 31 4.2.1 硬件测试 ..................................................................................... 31 4.2.2 协议栈的测试 ............................................................................. 31 4.2.3 上位机 与协调器的单独测试 ..................................................... 31 4.2.4 下位机和上位机联调 ................................................................. 32 4.3系统测试结果分析 .............................................................................. 32 4.4本章小节 .............................................................................................. 32 结论 ..................................................................................................................... 33 参考文献 ............................................................................................................. 35 致谢 ..................................................................................................................... 37 附录 1.................................................................................................................. 39 附录 2.................................................................................................................. 43 附录 3.................................................................................................................. 53 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 1.1 课题背景 信息技术发展日新月异,传统的有线通信方式因为其成本高、布线复杂,已经不能完全满足人们 的应用需求了。因此,无线通信技术应运而生。无线网络技术按照传输范围来划分,可分为无线广域网、无城域网、无线局域网和无线个人网。无线个人网即短距离无线网络,典型的短距离无线传输技术有:蓝牙、 ZigBee、 WiFi等。 在工业控制、家庭自动化和遥测遥感领域,蓝牙虽然成本较低,成熟度高,但是传输距离有限,仅为 10 米,可以参与组网的节点少。 WiFi 虽然传输速度较快,传输距离达到 100 米,但是其价格偏高,功耗较大,组网能力较差。相比之下 ZigBee 技术则主要针对低成本、低功耗和低速率的无线通信市场,具有如下特点: 低 功耗 。 由于 ZigBee 的传输速率较低,传输数据量小,并且使用了休眠模式,因此 ZigBee 设备功耗很低,仅靠两节 5 号电池就可以维持长时间使用 。 成本低 。 ZigBee 模块的初始化成本低,并且 ZigBee 协议是免专利费的,采用直接序列扩频在工业科学医疗频段, 2.4GHz(全球)、 915MHz(美国)和 868MHz(欧洲),免执照频段。 时延短 。 ZigBee 的响应速度较快,通信延时和休眠状态激活的时延都非常短,一般从休眠转入工作状态只需要 15ms,典型的搜索设备时延为30ms,活动设备信道接入时延 15ms。 网络容 量大 。 ZigBee 可采用星型、树型和网型结构,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,同时主节点还可以由上一层网络节点管理,最多可组成 65000 个节点的大网。 低速率 。 ZigBee 工作在 20— 250kbps 的低速率,分别提供 250kbps( 2.4GHz)、 40kbps( 915MHz)和 20kbps( 869MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求 。 安全 。 Zigbee 提供了三级安全模式 ,包括无安全设定、使用接入控制清
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