基于zigbee无线光照传感器的设计.docx

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基于zigbee无线光照传感器的设计

本科毕业论文（设计）

题目基于zigbee无线光照传感器的设计

学生

指导教师

年级

专业电子信息工程

二级学院信息工程学院

信息工程学院

2015年5月

重声明

本人的毕业论文（设计）是在指导教师的指导下独立撰写完成的。

如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。

特此重声明。

毕业论文（设计）作者（签名）：

年月日

基于zigbee无线光照传感器的设计

摘　要

传感器是一种检测装置，它能感受到被测量的信息，同时将感受到的信息，按一定的规律转变成为电信号或者是其他所需要形式的信息输出，以达到信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

其中光照传感器是通过硅光电池在不同光照度下产生的不同电流来实现监测光照度的作用。

光照传感器能够测定一的地方的光照度，将其用具体的数值直观的表现出来以方便测定和记录该地的光照度。

本设计需要通过对普通光照传感器的驱动程序进行移植，通过CC2530模拟IIC驱动GY-30，实现CC2530驱动光照传感器，完成对光照度的测量。

同时利用Zigbee通讯协议，通过CC2530构建Zigbee网组，做到发送模块发送数据，接收模块接收数据的无线传输，使接收模块通过串口通讯将数据传送到上位机上，并在界面上显示测量值。

最终实现光照传感器数据的无线传输和数据显示。

关键词：

zigbee无线光照度光照传感器CC2530

TheDesignofWirelessIlluminativeSensorBasedonZigbee

HuangChongzhiDirectedbyJiangShaojunLecturer

Abstract

Thesensorisadetectiondevice,itcanfeelthemeasuredinformation,anditwillfeeltheinformationatthesametime,accordingtocertainrulesintoelectricalsignalsorotherrequiredinformationintheformofoutput,inordertoachievetheinformationtransmission,processing,storage,display,recordandcontrolrequirements.Thelightsensorisdifferentcurrentthroughthesiliconphotocellindifferentlightintensityproducedunderilluminationtoachievemonitoring.Theilluminationlightsensorcandetermineaplace,thespecificvaluedemonstratedtofacilitatethedeterminationandilluminationofthelandrecords.

Thisdesignneedstobetransplantedbythedriverofordinarylightsensors,lightsensorstoachieveCC2530driver,completemeasurementofillumination.Atthesametime,theuseofZigbeecommunicationprotocol,throughtheconstructionofCC2530Zigbeenetwork,wirelesstransmissionofdatatoeachnode,andcandisplaythemeasuredvalueattheinterface.Thefinalrealizationoflightwirelesstransmissionofsensordataanddisplay.

KEYWORDS：

zigbeewirelessluxThelightsensorCC2530

前　言

随着科技的发展，人们在生产生活上注意的方面也越来越多，光照度就是其中一个。

生活中的方方面面都需要对周围环境的光照度进行监测，如农业种植、生产车间、仓库、机房照明、智能楼宇自控、户外照明、交通灯控制等涉及光照度、灯光照明、自然光控制的各种场合包含了衣食住行各个方面，这些场合都需要利用光照传感器来对光照度进行监测。

本设计通过结合zigbee和光照传感器，在使用CC2530为核心模块的情况下，除去了数据连接线，同时由于使用CC2530在传感器的体积上有所减小。

本设计可以通过在不同位置放置发送模块，同时监测多点的光照度，通过zigbee传输数据在主机上汇总显示，实现观察和记录，由于数据能够保存一定时间，便于数据的对比，分析和运用。

随着智能家具和无线技术的发展和运用，无线光照传感器的运用会越来越广，市场的需求也会越来越大。

在本设计的开发过程中对使用的模块进行功能设计。

主要包括以下方面：

1）CC2530主程序编写实验：

实现数据的处理，分析和传送；

2）Zigbee技术实验：

模块间数据传送和接收；

3）界面运用程序实验：

实现数据显示和记录功能。

预计按着时间计划和目标进度能完成基于zigbee无线光照传感器的设计与开发。

1背景介绍

1.1选题背景

由指导老师提供了本次的设计题目，主要需要解决以下的问题：

1）怎么编写CC2530控制程序；

2）怎么实现多个终端机的添加；

3）怎么利用和编写网络协议实现zigbee无线通讯；

4）怎么使用串口协议；

5）怎么使用Qt软件编写界面；

6）怎么使用Qt软件与数据库结合，实现光照度的历史数据的存取。

最后完成并实现基于zigbee无线光照传感器的开发与设计。

现在的光照传感器都是通过数据线将传感器和显示器连接在一起，或者是传感器和显示器一体。

这两种光照传感器中，有线的传感器不方便布置，数据线的放置受环境影响比较大，占地比较广。

而一体光照传感器则不便于观察，在使用围上较有线传感器小。

无线光照传感器使用zigbee作为通讯方式，能够实现不用布线，节省了材料，降低成本，同时也方便放置和观察。

1.2研究目的和意义

光照强度对生活的影响不断的加强，对光照强度的判断不再基于刺眼，太暗等字眼，要求对光照强度的判断有更加精细，准确的判断。

此系统基于Zigbee无线通讯技术，通过发送模块将该点光照度发送到接收模块上，由接受模块将数据上传，实现同时监测多点光照度。

该设计可以添加到其他设备中，运用围广泛。

Zigbee作为一种新型的无线通信技术具有稳点，快速，小巧的优点，是当今无线通信技术领域的闪光点。

因此研究上具有巨大前景和意义。

在设计与开发过程中运用了Zigbee技术，硅光电池技术，采集电路模块等，可以刚好的熟悉和掌握各模块的特点与实际运用。

通过编写采集程序和数据处理程序，可以熟悉C语言编程。

通过模块间的通讯实现，可以了解Zigbee技术的通讯方式和特点。

2设计要求

由发送模块使用光照传感器测得光照度，通过zigbee发送数据到接收模块在显示界面上显示，实现光照度的实时监控。

通过CC2530片上系统构建的网络平台稳定，功耗低。

通过Qt构建显示界面，操作人员可在显示界面上直接读取测试值，结合数据库可以实现数据的储存。

省去数据线的构造，实现模块小巧化。

保证数据在传输过程中的稳定，确保数据的准确性和真实性。

2.1系统功能

1）通过Qt平台构建显示界面；

2）能够通过zigbee无线模块实现数据发送与接受；

3）能通过光照传感器检测光照度；

4）利用CC2530实现模块添加和减少；

5）利用Qt与数据库结合实现数据的在一定时间的保存。

2.2系统基本参数

1）CC2530核心模块工作电压：

2V~3.6V

2）Zigbee使用IEEE802.15.4通讯协议，全球通用2.4GHz频段

3）本系统使用C语言编写主要程序

4）使用Qt平台构建显示界面，可以储存数据

5）光照传感器模块需要使用独立电源

6）无线传输有效围：

0~80m

3方案验证

3.1光照传感器数据采集方案

对于光照传感器模块数据发送有两种参考方案：

第一个方案是多个光照传感器接一个CC2530核心，由一个核心转换所有光照传感器的信息，处理后发送到接收模块。

第二个方案是一个光照传感器接一个CC2530核心，处理后发送到接收模块。

第一个方案优点是使用的CC2530核心较少，成本低；缺点是在光照传感器和CC2530发送模块之间需要导线连接，多个光照传感器连接一个CC2530发送模块容易接线混乱，同时扩大监测围需要增加连接线长度，在一定程度上增加了成本。

第二个方案优点是一个光照传感器接一个CC2530发送模块，不用考虑连接线的增加，同时因为使用多个CC2530，是构建的网络平台更加稳定；缺点是每增加一个光照传感器就需要同时增加一个CC2530模块，成本较高。

比较方案一和方案二，方案一需要连接线，和设计要求不符合，因此选择方案二，使用一个光照传感器连接一个CC2530模块。

虽然提高了成本，但是在使用上更加方便，更加符合无线的要求。

3.2模块间数据传输方案

在现阶段模块间传输方案主要有两种方案，方案一是通过串口传输，利用串口传输将光照传感器测得的光照度数据传输给系统控制，方案二是利用目前流行的短距离无线组网技术即Zigbee技术，来对光照度数据进行传输。

串口传输适用于较短距离的数据传输，传输时简单方便，传输速度快，但在本设计系统中，需要满足无线传输的特点，所以利用串口传输来进行光照度数据的传输对于本设计而言，就显得不合适。

Zigbee作为一种提供控制或传感器等电子元器件之间无线连接的无线通信技术，能够通过使数千个微小的Zigbee模块之间相互协调从而实现通信，这些Zigbee模块自身的耗能很少，并且能够以接力一样的方式通过无线电波将数据从一个Zigbee模块传到另一个Zigbee模块，所以能够在传输距离比较远的时候，通过多个Zigbee模块进行数据传输。

而且Zigbee技术的通信效率也是非常之高的，这样的优点正好适合于本设计对于光照传感器无线传输光照度数据的要求。

对比方案一和方案二，本设计中对于光照度数据的传输，利用Zigbee技术进行温湿度数据的传输时比较好的方案。

3.3模块选择方案

3.3.1核心模块的选择

本设计需要构建无线通讯平台，要求网络节点强大，稳定，受干扰小。

同时考虑成本和实用方面，要求一个体积小，成本低，能满足zigbee功能需求的核心块。

CC2530作为用于解决使用IEEE802.15.4协议的ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）。

它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

CC2530拥有和领先的RF收发器同样的优良性能，并且安装有标准的增强型8051CPU，系统具有编程闪存的能力，8-KBRAM以及其它强大的功能。

CC2530拥有的32/64/128/256KB四种不同闪存使CC2530所具备不同运行模式，使得它非常适合有超低功耗要求的系统。

同时因为运行模式之间的转换时间短暂，所以能进一步保证了CC2530低能源消耗。

因此本设计最后选择CC2530来作为