基于Zigbee无线传感网的温湿度信息线监测系统设计优质PPT.pptx

1、ZigBee技术主要领域有 大棚温湿度采集控制、家庭办公自动化、工业与环境监测 及人员定位与医疗护理等。ZigBee技术满足了无线通信、网络大范围覆盖、网络灵活性高以及维护管理方便等要求，是将来物联网发展的 趋势。本文设计了基于ZigBee技术的温湿度在线监测系统，采用星形网络拓部结构构建ZigBee无线传感网络，传感器 选用SHT75型温湿度传感器，主控制芯片采用CC2530芯片控制温湿度数据采集、处理、无线收发功能的实现。软件 基于IEE802.15.4/ZigBee协议栈进行了设计，最终在串口调 试助手上实现在线监测功能。,1 绪论,1/29/2019,1.2系统设计思路,ZigBee系

2、统设计思路如下图：温湿度采集系统,系统硬件设计,系统软件设计,1 绪论,1/29/2019,ZigBee终端采集的数据传给ZigBee协调器，ZigBee协 调器再通过USB上传给电脑，实现温湿度的ZigBee网络的 远程监控，网络如下图：,1.3 ZigBee 网络实现方案,2 ZigBee协议简介,1/29/2019,ZigBee网络设备IEEE（电气和电子工程师协会）定义了两种不同类型的 设备：一种是全功能设备（FFD），另一种是简化功能设备（RFD）。FFD能够转发其他设备的数据帧，与多个其它的 FFD或多个RFD进行通信；RFD不能同其他终端节点通信，只能够同FFD进行通信。ZigB

3、ee技术支持星型网、树状网和网状网三种网络拓 扑，其网络中有三种的数据通信机制：单播（Unicast）、组 播（Multicast）和广播（Broadcast）。ZigBee协议栈架构ZigBee协议分两部分，IEEE802.15.4标准定义了物理 层（PHY）和介质访问层（MAC）技术规范；ZigBee联盟定义 了网络层（NWK）、应用层（APL）技术规范。,2 ZigBee协议简介,1/29/2019,3SHT75传感器介绍,SHT75传感器介绍SHT75型号温湿度传感器结构如下图所示芯片结构:内部集成有温湿度传感器、信号 放大调理、A/D转换、I2C总线。分辨率:湿度值输出分辨率为14位

4、，温度值 输出分辨率为12位可通过软件编程为12位和8位。测量精度:湿度测量精度为1.8RH，温度测量精度为0.3工作电压:2.4V5.5V（注：不同工作电压下 的温度系数不同）SHT75型号温湿度传感器引脚结构如下图所示,3系统整体设计,3.1 系统整体设计本文设计的系统，主要由1台PC机、1台协调器、1台终端。协调 器负责建立网络，终端（采集节点）加入网络后，终端将采集的数据 上传给协调器；协调器通过usb上传数据至PC机，PC机通过串口调试 助手显示。,硬件平台的选择：本文设计的系统选用TI的CC2530 SoC芯片作为ZigBee1/29/2019无线网络的硬件解决方案。,4 系统硬件

5、设计,1/29/2019,4.1 协调器电路设计CC2530核心电路设计,4 系统硬件设计,1/29/2019,CC2530核心电路设计,4 系统硬件设计,1/29/2019,4.2 终端节点电路设计,5 系统软件设计,1/29/2019,软件平台概述系统设备软件部分选择TI的Z-Stack 2007协议栈；采用 软件平台IAR开发。ZigBee设备通信ZigBee协议栈：,使用ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0协议栈的Generic-App 进行设计开发。Z-Stack由main（）函数开始执行，main（）函数共做了2件 事：一是系统初始化，另外一件是开始执行轮转查询式操

6、作系统。用户自己添加的应用任务程序在Zstack中的调用 过程为：main（）-osal_init_system（）-osalInitTasks（）-SampleApp_Init（），具体如右图：,执行操作系统,系统初始化,开始,5 系统软件设计,1/29/2019,macEventLoop（）,本任务当前 最高优先级事件,Hal_ProcessEvent（）,nwk_event_loop（）,APS_event_loop（）,SAPI_ProcessEvent（）,开始,本任务当前 最高优先级事件,系统消息事件 ZDO状态改变事件 网络初始化事件 网络启动事件网络更新NV事件 设备重启事件,

7、系统消息事件 允许绑定时间事件绑定时间事件 进入事件 用户事件,本任务当前 最高优先级事件,ZDApp_event_loop（）,系统消息事件 LED闪烁事件 键盘事件,Y,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,Z-Stack中操作系 统是基于优先级的轮转 查询式操作系统，执行 流程图如右图：,5 系统软件设计,1/29/2019,星形程序设计:星形拓扑是最简单的一种 拓扑形式，他包含一个协调器 节点和一系列的终端节点。每 一个终端节点只能和 协调器节 点进行通讯。如果需要在两个 终端节点之间进行通讯必须通 过协调器节点进行信息的转发。数据的收发：ZigBee设备间通信：设备发送端，调用自定

8、义的发送函 数（GenericApp_SendTheMessage）发送数据；接收端就调用 事件任务处理（GenericApp_ProcessEvent）、消息处理函数（GenericApp_MessageMSGCB）接收数据。设备发送的数据包括发送设备的64位扩展IEEE地址和SHT75的采集温湿度。其中跟据SHT75的传输时序编写温湿度 采集程序，程序主要包括：延时函数，SHT75传感器启动、读 取数据。,6 实践测试,1/29/2019,6.1 组网测试建立一个简单的网络，该网络包括1个协调器、1个终 端节点。协调器采用usb供电，终端节点采用电池或者USB 供电。依次给协调器、终端节点

9、上电。观察到，所有节点 的LED灯均闪烁然后常亮，协调器建网成功；终端节点成 功加入了网络。测试现象如下图：,协 调 器,终 端 节 点,6 网络测试与分析,1/29/2019,6.4 温湿度采集系统功能测试,搭建了一个简易的小型ZigBee网络，由1台 PC机、1个协调器1个终端节点组成。终端节点连 接SHT75温湿度传感器。,6 网络测试与分析,1/29/2019,6.4 温湿度采集系统功能测试,6 网络测试与分析,1/29/2019,6.5 结果与讨论,针对试验中出现的问题，提出以下建议：1.如何扩大网络的覆盖范围。一般有两种方法：完善网络拓扑结构，增加路由节点，但会增大网络时延。发射功率，增加功率放大芯片。增强了信号，提高 了系统通信的可靠性，但增大了功耗。网络拓扑规划，根据应用场景构建网络拓扑。网络节能，根据实际应用调节CC2530的发射功率，有效节能，延长寿命。上位机显示界面还有一些设计漏洞需要改进。,谢谢观赏,1/29/2019,