嵌入式温湿度采集系统设计.docx
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嵌入式温湿度采集系统设计
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2014年春季学期
嵌入式系统开发技术课程设计
题目:
嵌入式温湿度采集系统设计
专业班级：
通信工程（3）班
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
摘要
温湿度数据的采集、传输以及处理，在日常生活中有着广泛的应用，比如智能家居系统，
智能交通等，在以后物联网中会更加广泛的应用。
此次设计是一种基于CC2530和数字温湿
度传感器的温湿度采集系统。
该系统采用Zigbee无线通信技术结合传感器，通过运用Zigbee协议架构组建无线传感网络，实现主从节点的数据采集和传输，一点对多点，。
并详细阐述了基于Zigbee协议栈的中心节点和终端节点的协议传输，主要是从Zigbee协议栈网络层里AODV路由协议着手，阐述在网络层如何通过AODV路由协议进行节点间的连接以及数据的收发。
关键字：
温湿度数据采集CC2530Zigbee协议栈无线传感网络
前言1
一、基本原理2
1.1无线传感器的基本结构和工作原理2
1.2温湿度数据的采集3
1.3硬件方面3
1.3.1芯片SHT10介绍3
1.3.2CC2530介绍4
1.4嵌入式网关7
1.5zigbee协议简介8
二、系统设计10
2.1程序流程图.…10
2.2具体步骤.…....10
三、详细设计11
3.1总体软件结构图11
3.2硬件模块设计.14
四、总结..17
五、参考文献18
六、致谢19
七、附录.…20
、八■、-
前言
伴随着时代的进步，人们充分认识到了科技的力量。
无线传感网络，它是由大量节点组成的，是面向任务的分布式网络，综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等多领域的技术，通过各类微型无线传感器对目标信息进行实时监测，实时采集,
并且由嵌入式微处理器对所采集到的信息进行处理，并通过无线通信网络将处理后的信息传送至远程用户端，然后通过相应的规则进行各种应用分析。
无线网络传感器是一种将传感器、控制器、计算能力、通信能力完美的结合于一身的嵌入式设备。
它们跟外界的物理环境交互，实时的采集信息，并且将收集到的信息通过无线传感器网络传送给远程用户。
无线网络传感器一般是由一个低功耗的微控制器（MCU和若干个存储器、无线电/光通信装置、传感器等组件所集成的，通过传感器、动臂机构、以及通信装置和它们所处的外界物理环境进行交互。
一般说来，独立的传感器功能是非常有限的，但是如果将他们大量地分布到所需要检测的物理环境中，并组成一个无线传感网络，加上性能良好的软件系统平台，就能够完成强大的状态监测、实时跟踪、环境监测等功能。
随着微机系统和高集成低功耗数字设备的发展，小体积、低成本、低功耗的传感器节点将得以实现。
、基本原理
本实验将使用CC2530卖取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据，并通过CC2530内部的ADC得到光照传感器的数据。
最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。
其中对温湿度
的读取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。
对光照的采集使用内部的AIN0通道。
温度采集
湿度采集
LED显示
图1CC2530工作原理
本次设计的选用了传感器SHT1C完成对室内温度和湿度的实时采集，通过芯片CC2530将采集的信息进行转换，将模拟信号转换为数字信号，然后在显示器上显示。
1.1无线传感器的基本结构和工作原理
一个典型的无线传感器网络节点包括数据采集模块、数据采集模块、数据处理模块、数据收发模块和电源模块，其节点结构框图如图所示。
采集单元
处理单元
通信单元
传感器模数转换
处理器
无线收发模块
存储器
电源单元
图2无线传感器节点模型
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。
另外，要完成对整个系统的应用刻画，还需要对远程任务管理单元、外部网络和用户进行定义。
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的无线网络节点组成的网络，协同形成对目标的感知视场。
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Internet等外部网络，与观测节点进行数据信息的交互。
1.2温湿度数据的采集
湿度测量传感器常见的几个测量方法：
动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱
和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。
双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合，其测量精度可达土2%RH-土1.5%RH
静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。
但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。
用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。
特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6~8小时。
露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。
计量用的精密露点仪准确度可达土0.2C甚至更高。
但用现代光一电原理的冷镜式露点仪价格
昂贵，常和标准湿度发生器配套使用
干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：
即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。
普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5~7%RH明显低于电子湿度传感器。
1.3硬件方面
1.3.1芯片SHT10介绍
SHT10是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。
它采用专利的
CMOSen技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D
转换器以及串行接口电路实现无缝连接。
SHT10弓I脚特性如下：
1.VDDGNDSHT10的供电电压为2.4~5.5V。
传感器上电后，要等待11ms以越过“休眠”状态。
在此期间无需发送任何指令。
电源引脚（VDDGND之间可增加一个100nF的电
容，用以去耦滤波
2.SCK用于微处理器与SHT10之间的通讯同步。
由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。
3.DATA三态门用于数据的读取。
DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK
时钟上升沿有效。
数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。
为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。
需要一个外部的上拉电阻（例如：
10kQ）将信号提拉至高电平。
上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。
向SHT10发送命令：
用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。
它包括：
当SCK时钟高电平时
DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。
后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”，和五个命令位。
SHT10会以下述方）式表示已正确地接收到指令：
在第8个SCK时钟的下降沿之后，将DATA拉为低电平（ACK位）。
在第9个SCK时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。
测量时序（RH和T）:
发布一组测量命令（‘00000101'表示相对湿度RH,‘00000011'表示温度T）后，控制器要等待测量结束。
这个过程需要大约11/55/210ms，分别对应8/12/14bit测量。
确切
的时间随内部晶振速度，最多有土15%变化。
SHTxx通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。
。
用CRC数据的确认位，表明通讯结束。
如果不使用CRC-8校验，控制
器可以在测量值LSB后，通过保持确认位ack高电平，来中止通讯。
在测量和通讯结束后，SHTxx自动转入休眠模式。
通讯复位时序：
如果与SHTxx通讯中断，下列信号时序可以复位串口：
当DATA保持高电平时，触发SCK时钟9次或更多。
在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。
这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。
1.3.2CC2530介绍
CC2530是基于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE上的一个片上系统解决方案。
其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。
CC2530芯片结合了RF收发器，增
强型8051CPU,系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他模块的强大的功能。
如今CC2530主要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。
其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。
同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消耗。
CC2530芯片使用直接正交上变频发送数据。
基带信号的同相分量和正交分量由DAC转换
成模拟信号，经过低通滤波，变频到所设定的信道上。
当需要发送数据时，先将要发送的数
据写入128B的发送缓存中，包头是通过硬件产生的。
最后经过低通滤波器和上变频的混频后，将射频信号被调制到2.4GHz,后经天线发送出去。
CC2530有两个端口分别为TX/RXRF端口不需要外部的收发开关，芯片内部已集成了收发开关。
CC2530勺存储器ST-M25PE1是4线的SPI通信模式的FLASH可以整块擦除，最大可以存储2M个字节。
工作电压为2.7v到3.6v。
CC253C温度传感器模块反向F型天线采用TI公司公布的2.4GHz倒F型天线设计。
天线
的最大增益为+3.3dB，天线面积为25.7X7.5mm该天线完全能够满足CC2530工作频段的
要求（CC2530工作频段为2.400GHz〜2.480GHz）。
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WDD3
XOSC_Q2
XOSC_Q1
AVDD5
图3CC2530芯片引脚
CC2530芯片引脚功能
AVDD631电源（模拟）
2-V-3.6-V模拟电源连接
DC
升级会员 