Zigbee节点的液晶显示设计Word文档下载推荐.docx

1、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。低速率。ZigBee工作在20250kbps的速率，分别提供250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915 MHz）和20kbps（868 MHz）的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。近距离。传输范围一般介于10100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到13km。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。短时延

2、。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310s、WiFi 需要3 s。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。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（Access Control List, ACL） 防止非法获取数据以及采用高级加密标准（AES 128）的对称密码，以灵活确定其安全属性。免执照频段。使用工业科学医疗（ISM

3、）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

4、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、Mistubish

5、i、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee联盟（ZigBee Alliance），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ZigBee Alliance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Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4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SmartRF 03技

6、术，以0.18um CMOS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。1.2.2 Zigbee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

7、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。1.3 Zigbee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

8、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FFD3。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

9、，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CC25302.1.1 CC2530简介 CC2530 是用于IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的

10、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8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 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

11、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ZigBee RF4CE 远程控制解决方案。2.1.2 CC2530引脚及功能描述CC2530引脚图如下图2-1所示。图2-1 cc2530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AVDD128电源（模拟）2V3.6V 模拟电源连接AVDD227AVDD324AVDD429AVDD521AVDD631DCOUPL40电源（数字）1.8V 数字电源去耦。不使用外部电路供应DVDD1392V3.6V 数字电源连接DVDD210GND-接地接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面1

12、,2,3,4未使用的引脚连接到GNDP0_019数字I/O端口0.0P0_118端口0.1P0_217端口0.2P0_316端口0.3P0_415端口0.4P0_514端口0.5P0_613端口0.6P0_712端口0.7P1_011端口1.0-20-mA 驱动能力P1_19端口1.1-20-mA 驱动能力P1_28端口1.2P1_37端口1.3P1_46端口1.4P1_55端口1.5P1_638端口1.6P1_737端口1.7P2_036端口2.0P2_135端口2.1P2_234端口2.2P2_3/33端口2.3/32.768 kHz XOSCP2_4/32端口2.4/32.768 kHz

13、 XOSCRBAIS30参考电流的外部精密偏置电阻RESET_N20事数字输入复位，活动到低电平RF_N26RF I/ORX期间正负RF输入信号到LANRF_P25RX期间正RF输入信号到LANXOSC_Q122模拟I/O32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入XOSC_Q22332-MHz 晶振引脚2表2-1cc2530引脚功能描述2.1.3 CC2530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2-2 CC2530应用电路图2.2 温度传感器设计2.2.1 DS18B20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）

14、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：全数字温度转换及输出；先进的单总线数据通信；最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；可选择寄生工作方式；检测温度范围为-55C +125C （67F +257F）；内置EEPROM，限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；多样封装形式，适应不同硬件系统。2.2.2 DS18B20引脚介绍 DS18B20引脚如下图2-3所示图2-3 ds18b20引脚图 DS18B20引脚

15、说明如下表2-2：表2-2 DS18B20引脚说明序号名称引脚功能描述1地信号2DQ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。3VDD可选择的VDD引脚。工作于寄生电源时，此引脚必须接地。2.2.3 DS18B20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

16、存器组成，DS18B20基本结构方框图如图2-4所示图2-4 DS18B20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-

17、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+1230000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h0.51111 1111 1111 1

18、000FFF8h10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh25.06251111 1110 0110 1111FF6Fh551111 1100 1001 0000FC90hDS18B20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2-5 DS18B20连线图2.3 1602液晶显示器2.3.1 1602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

19、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。2.3.2 1602液晶显示器的引脚及功能描述 1602液晶

20、显示器引脚图如下图2-6所示。图2-6 1602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2-5 1602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4RS0/1输入0=输入指令，1=输入数据R/W0=向LCD写入指令或数据，1=从LCD读取信息E1,10使能信号，1时读取信息，10（下降沿）执行指令714DB0DB7数据总线line0（最低位）数据总线line7（最高位）A+VccLCD背光电源正极KLCD背光电源负极1602

21、液晶显示器与CC2530的接线图如下图2-7所示。图2-7 1602显示器接线图3 Zigbee无线传感器系统软件的设计3.1 Zigbee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3-1 zigbee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