Zigbee节点的液晶显示设计Word下载.docx
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②低成本。
通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。
每块芯片的价格大约为2美元。
③低速率。
ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
④近距离。
传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。
这指的是相邻节点间的距离。
如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
⑤短时延。
ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。
相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。
⑥高容量。
ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，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；
同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
⑦高安全。
ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单（AccessControlList,ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。
⑧免执照频段。
使用工业科学医疗（ISM）频段，915MHz（美国）,868MHz（欧洲）,2.4GHz（全球）。
1.2国内外ZigBee技术的现状及发展趋势
1.2.1国内外Zigbee技术的发展现状
近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大的提高了人们的工作效率和生活质量。
然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，所以在近距离的各种设备间的无线通信如雨后春笋般的发展起来。
纵观目前发展比较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但资源的消耗大，成本也比较高，并不能很好的适用于短距离无线通信的场合。
蓝牙技术的出现使得算距离无线通信成为可能，但其协议复杂，功耗高。
所以一种基于IEEE802.15.4通信协议的且具有低功耗，低复杂度，更适应工业环境的zigbee技术在自动控制，传感，监控和远程控制等领域得到了很大的发展。
国内不少人已经开始关注Zigbee这们新技术，而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作，然而，由于Zigbee本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须和网络传输，射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。
因而深入理解这个来自国外的新技术，再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前为止，国内目zigbee产品还是比较少。
在国外，为了推动ZigBee技术的发展，Chipcon、Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee联盟（ZigBeeAlliance），包括有许多IC设计、家电、通讯设备、IP服务提供、玩具等厂商相继加入，目前该联盟已经包含150多家会员。
在ZigBeeAlliance的成员中，有不少是提供ZigBee解决方案的业者。
下面简单介绍一下著名的相关产品。
TI/CHIPCON公司的CC2420：
CC2420是ChipconAs公司推出的首款符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器。
该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZigBee产品的RF器件。
它基于Chipcon公司的SmartRF03技术，以0.18umCMOS工艺制成，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。
CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。
利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。
1.2.2Zigbee发展趋势
Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等,例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。
另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。
Zigbee技术和RFID技术在2004年就被列为当今世界发展最快，市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。
关于这方面的报道，你只需在XX，或GOOGLE搜索栏中键入“Zigbee”,你就会看到大量的有关报道。
总之，今后若干年，都将是Zigbee技术飞速发展的时期。
因此Zigbee技术将成为未来自动化发展的一个重要的方向，将成为各个领域中不可缺少的技术。
1.3Zigbee网络的优势
（1）系统复杂性
ZigBee的系统复杂性要远小于蓝牙的系统复杂性。
ZigBee协议栈简单，实现相对容易，需要的系统资源也较少，据估计运行ZigBee需要系统资源约28Kb；
蓝牙协议栈相对复杂，它需要系统资源约为250Kb。
ZigBee定义了两种类型的设备：
全功能设备FFD和简化功能设备RFD。
网络为主从结构，一个网络有一个网络协调者（Coordinator）和最多可达65535个从属设备。
网络协调者必须是FFD，它负责管理和维护网络，包括路由、安全性、节点的附着与离开等。
一个网络只需要一个网络协调者，其他终端设备可以是RFD，也可以是FFD[3]。
RFD的价格要比FFD便宜得多，其占用系统资源仅约为4Kb，因此网络的整体成本比较低。
从这一点来说，ZigBee非常适合有大量终端设备的网络，如传感网络、楼宇自动化等。
（2）功耗
ZigBee的MAC信道接入机制有两种：
无信标（Beacon）模式和有信标模式。
无信标模式就是标准的ALOHACSMA-CA的信道接入机制，终端节点只在有数据要收发的时候才和网络会话，其余时间都处于休眠模式，这样低平均功耗非常低。
有信标模式下，终端设备可以只在信标被广播时醒来，并侦听地址，如果没有侦听到自己的地址，则又转入休眠状态。
信标对簇形网络和网状网的节点同步尤为重要，节点不用长时间侦听信道而消耗能量。
网络拓扑结构对功率节省也有很重要的关系。
星形和簇形网络结构比网状网结构更有利于功率节省[4]。
因为前者的终端节点不充当路由器的功能，只收发自己的数据，这样可以更节省更多功率。
2系统硬件电路设计
2.1单片机CC2530
2.1.1CC2530简介
CC2530是用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。
它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。
CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他的功能。
CC2530有四种不同的闪存版本：
CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB的闪存。
CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。
运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
CC2530F256结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈（Z-Stack™），提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案。
CC2530F64结合了德州仪器的黄金单元RemoTI，更好地提供了一个强大和完整的
ZigBeeRF4CE远程控制解决方案。
2.1.2CC2530引脚及功能描述
CC2530引脚图如下图2-1所示。
图2-1cc2530引脚图
cc2530引脚功能描述如下表2-1。
引脚名称
引脚
引脚类型
描述
AVDD1
28
电源（模拟）
2V–3.6V模拟电源连接
AVDD2
27
AVDD3
24
AVDD4
29
AVDD5
21
AVDD6
31
DCOUPL
40
电源（数字）
1.8V数字电源去耦。
不使用外部电路供应
DVDD1
39
2V–3.6V数字电源连接
DVDD2
10
GND
-
接地
接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面
1,2,3,4
未使用的引脚
连接到GND
P0_0
19
数字I/O
端口0.0
P0_1
18
端口0.1
P0_2
17
端口0.2
P0_3
16
端口0.3
P0_4
15
端口0.4
P0_5
14
端口0.5
P0_6
13
端口0.6
P0_7
12
端口0.7
P1_0
11
端口1.0-20-mA驱动能力
P1_1
9
端口1.1-20-mA驱动能力
P1_2
8
端口1.2
P1_3
7
端口1.3
P1_4
6
端口1.4
P1_5
5
端口1.5
P1_6
38
端口1.6
P1_7
37
端口1.7
P2_0
36
端口2.0
P2_1
35
端口2.1
P2_2
34
端口2.2
P2_3/
33
端口2.3/32.768kHzXOSC
P2_4/
32
端口2.4/32.768kHzXOSC
RBAIS
30
参考电流的外部精密偏置电阻
RESET_N
20
事数字输入
复位，活动到低电平
RF_N
26
RFI/O
RX期间正负RF输入信号到LAN
RF_P
25
RX期间正RF输入信号到LAN
XOSC_Q1
22
模拟I/O
32-MHz晶振引脚1或外部时钟输入
XOSC_Q2
23
32-MHz晶振引脚2
表2-1cc2530引脚功能描述
2.1.3CC2530应用电路图
CC2530操作只需要很少的外部元件，CC2530应用电路图如下图2-2
图2-2CC2530应用电路图
2.2温度传感器设计
2.2.1DS18B20简介
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。
超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。
DS18B20的主要特点：
⑴全数字温度转换及输出；
⑵先进的单总线数据通信；
⑶最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；
⑷12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；
⑸可选择寄生工作方式；
⑹检测温度范围为-55°
C~+125°
C（–67°
F~+257°
F）；
⑺内置EEPROM，限温报警功能；
⑻64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；
⑼多样封装形式，适应不同硬件系统。
2.2.2DS18B20引脚介绍
DS18B20引脚如下图2-3所示
图2-3ds18b20引脚图
DS18B20引脚说明如下表2-2：
表2-2DS18B20引脚说明
序号
名称
引脚功能描述
1
地信号
2
DQ
数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3
VDD
可选择的VDD引脚。
工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
2.2.3DS18B20工作原理
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。
其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
DS18B20共有三种形态的存储资源，即:
ROM只读存储器；
RAM数据暂存器；
EEPROM非易失性记忆体。
DS18B20由4个主要数据部件即64位ROM存储序列号、温度传感器、温度报警寄存器和配置寄存器组成，DS18B20基本结构方框图如图2-4所示
图2-4DS18B20基本机构图
在上面的结构组成图中，可以看作地址序列码的64位序列号是出厂前就被光刻好的，确保每一个DS18B20都各不相同，从而实现一根总线上挂多个DS18B20的目的。
温度传感器可以完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读书形式提供，其存储格式如下表2-3所示。
表2-3温度值存储格式
温度值以9位数字量的形式表示，如果S为零，则所测的温度为正，其计算方法为按位加权求和，即：
T=MS.2*26+MS.1*25+MS.0*24+LS.7*23+LS.6*22+LS.5*2+LS.4+LS.3*2-1+LS.2*2-2+LS.1*2-3+LS.0*2-4（2-1）
如果S为1，则所测的温度为负，其计算方法为首先求补，再按位加权求和，一些温度值和数字量的计算关系如下表2-4所示。
表2-4温度值和数字量的关系
温度
二进制表示
十六进制表示
+123℃
0000011111010000
07D0h
+85℃
0000010101010000
0550h
+25.0625℃
0000000110010001
0191h
+10.125℃
0000000010100010
00A2h
+0.5℃
0000000000001000
0008h
0℃
0000000000000000
0000h
﹣0.5℃
1111111111111000
FFF8h
﹣10.125℃
1111111101011110
FF5Eh
﹣25.0625℃
1111111001101111
FF6Fh
﹣55℃
1111110010010000
FC90h
DS18B20与CC2530的连接电路如下图2-5所示。
1脚接地，2脚接CC2530的P0.4口，3脚接电源并提供一个上拉点阻,这样需要通过用软件来完成P0.4口的电平模拟DS18B20的协议时序对DS18B20芯片的访问。
图2-5DS18B20连线图
2.31602液晶显示器
2.3.11602液晶显示器简介
工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。
1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
2.3.21602液晶显示器的引脚及功能描述
1602液晶显示器引脚图如下图2-6所示。
图2-61602液晶显示器引脚图
1602液晶显示器引脚功能描述如下表2-5所示。
1602采用的是标准的16脚接口，其中有两条是背光电源线VCC（15脚）和地线（16脚），
表2-51602液晶显示器引脚说明
引脚号
引脚名
电平
输入/输出
作用
Vss
电源地
Vcc
电源（+5V）
Vee
对比调整电压
4
RS
0/1
输入
0=输入指令，1=输入数据
R/W
0=向LCD写入指令或数据，1=从LCD读取信息
E
1,1→0
使能信号，1时读取信息，1→0（下降沿）执行指令
7—14
DB0—DB7
数据总线line0（最低位）—数据总线line7（最高位）
A
+Vcc
LCD背光电源正极
K
LCD背光电源负极
1602液晶显示器与CC2530的接线图如下图2-7所示。
图2-71602显示器接线图
3Zigbee无线传感器系统软件的设计
3.1Zigbee传输
现场Zigbee网络节点，协调器节点采用的是Zigee2007协议栈协调器程序，路由器节点采用的是协议栈路由器程序，终端节点采用的是协议栈终端节点程序。
协调器负责建立网络，路由器和终端节点负责加入网络。
这里路由器很重要，路由协议采用AODV路由协议，它可以是路由找到最优的传输路径，而且在个别路由故障时路由器会自动组成新的路径来传输信息。
程序流程图如图3-1所示。
图3-1zigbee传输流程图
3.2系统程序设计
系统初始化主要包括各个参数初始化。
参数初始化主要包括I/O接口和外设的初始化，定义系统时钟信号、工作频率、电源管理方式及Zigbee网络地址和MAC层的参数。
主程序主要包括信号的采集、计算
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