鉴于ZigBee技术适合用于数据采集系统的的特点,_提出了基于ZigBee的数据采集系

**1．概述** 鉴于ZigBee技术适合用于数据采集系统的的特点, 提出了基于ZigBee的数据采集系统的设计方案, 着重探讨ZigBee节点的硬件设计及其组网设计. 并详细讨论了基于CC2530芯片的数据采集节点的硬件设计方案, 组网设计中的协调器建立网络、节点加入网络的设计方法, 以及数据采集系统的软件设计方法. 最后通过采集ZigBee网络传感器数据的实验, 证明该方案能取得良好的通信效果. **1.1 系统描述** 利用ZigBee传感器网络、网关、服务器实现简单的数据采集系统。项目中把使用了三种传感器，分别是：温湿度传感器，烟雾传感器，光敏传感器。终端节点传感器采集到数据之后发送给协调器之后，由协调器通过串口将数据发至给电脑客户端，最后电脑客户端将串口发送上来的传感器数据使用套接字封装成http格式后通过post方式发送到服务端，并且存储到数据库中。客户端通过访问服务器，获取数据展示出来。 **1.2 系统结构介绍**  ---------- 图1：系统结构图 如图1所示，本系统主要有传感器节点、协调器、网关、服务器、客户端四个部分组成。传感器部分采集温湿度，可燃气，光照数据。通过使用Zstack协议栈来进行zigbee传感器节点组网，使用c语言来控制zigbee终端节点io口采集到传感器数据，协调器再将数据通过串口上传到网关。网关部分从串口接收来自协调器发来的传感器数据，并以及解析从串口收到的数据，并且把数据封装成http格式通过post方式可以实现远程发送数据到服务器。客户端使用python从服务器获取数据，设计图形界面用于数据展示。 **1.3 软硬件开发平台** 软件： VMware Workstation（linux OS） TCP&UDP测试工具（测试） Configure Virtual Serial Port Driver（测试） IAR Embedded Workbench（CC2530 传感器） sublime（C 网关） IntelliJ IDEA 2017.1.1（JAVA 服务器） JetBrains CLion 2016.3.4（Python 显示） xampp（数据库） 串口调试助手（测试） 硬件：温湿度传感器、光照传感器、可燃气传感器、CC2530开发板*4 **1.4 实现功能** **通过传感器采集环境数据，并将采集到的数据进行处理后在客户端做展现，客户端可以查询某一日下的数据变化情况。** **2 系统设计方案** 数据格式： • FF00 01 0600 1A 27 • FF00: 包标志 2Byte • 01: 传感器类型 1Byte • 0600: 短地址 2Byte • 1A27: 传感器数据 1A：温度26 27：湿度39 • 传感器类型数据大小 • 温湿度 PACKET_DHT11_DATA_SIZE 2byte • 光敏 PACKET_PHOTORESUSTANCE_DATA_SIZE 1byte • 可燃气体 PACKET_COMBUSTIBLEGAS_DATA_SIZE 1byte **3 系统具体实现 （项目整体实现细节、各个模块的流程，关键代码）** **传感器部分：** 整体流程:  传感器节点接入协调器网络，封装传感器数据 ``` if ( event & MY_REPORT_EVT ) // MY_REPORT_EVT事件触发处理 { if ( appState == APP_REPORT ) { pData[PACKET_FLAG_OFFSET] = PACKET_L_FLAG; pData[PACKET_FLAG_OFFSET + 1] = PACKET_H_FLAG; pData[PACKET_SENSOR_SHORT_ADDR_OFFSET] = (NLME_GetShortAddr() & 0xff); pData[PACKET_SENSOR_SHORT_ADDR_OFFSET + 1] = (NLME_GetShortAddr() >> 8); #if PACKET_SENSOR_TYPE == PACKET_DHT11 dht11_update(); pData[PACKET_SENSOR_TYPE_OFFSET] = PACKET_DHT11; pData[PACKET_SENSOR_DATA_OFFSET] = dht11_temp(); pData[PACKET_SENSOR_DATA_OFFSET + 1] = dht11_humidity(); #elif PACKET_SENSOR_TYPE == PACKET_PHOTORESUSTANCE pData[PACKET_SENSOR_TYPE_OFFSET] = PACKET_PHOTORESUSTANCE; pData[PACKET_SENSOR_DATA_OFFSET] = HalAdcRead (HAL_ADC_CHN_AIN1,HAL_ADC_RESOLUTION_8); #else pData[PACKET_SENSOR_TYPE_OFFSET] = PACKET_COMBUSTIBLEGAS; pData[PACKET_SENSOR_DATA_OFFSET] = HalAdcRead (HAL_ADC_CHN_AIN1,HAL_ADC_RESOLUTION_8); ``` **上传数据包结构** 【包标志】【传感器类型】【短地址】【数据】 包标志 2Byte FF00 传感器类型 温湿度 2byte 传感器类型编号 01 光敏 1byte 传感器类型编号 02 可燃气体 1byte 传感器类型编号 03 将数据包发送给协调器 ``` #if PACKET_SENSOR_TYPE == PACKET_DHT11 zb_SendDataRequest( 0xFFFE, SENSOR_REPORT_CMD_ID, PACKET_BASE_SIZE + PACKET_DHT11_DATA_SIZE, pData, 0, AF_TX_OPTIONS_NONE, 0 ); #elif PACKET_SENSOR_TYPE == PACKET_PHOTORESUSTANCE zb_SendDataRequest( 0xFFFE, SENSOR_REPORT_CMD_ID, PACKET_BASE_SIZE + PACKET_PHOTORESUSTANCE_DATA_SIZE, pData, 0, AF_TX_OPTIONS_NONE, 0 ); #else zb_SendDataRequest( 0xFFFE, SENSOR_REPORT_CMD_ID, PACKET_BASE_SIZE + PACKET_COMBUSTIBLEGAS_DATA_SIZE, pData, 0, AF_TX_OPTIONS_NONE, 0 ); ``` 协调器接收到数据包通过串口上传 ``` void zb_ReceiveDataIndication( uint16 source, uint16 command, uint16 len, uint8 *pData ) { HalUARTWrite(HAL_UART_PORT_0, pData, len); } ``` 协调器接收到网关发送的命令做出命令判断后将其发送给传感器节点 ``` while (Hal_UART_RxBufLen(port)) //计算并返回接收缓冲区的长度 { len = HalUARTRead (port, pBuf, RX_BUF_LEN); HalUARTWrite (port, pBuf, len); if(len >= PACKET_BASE_SIZE && pBuf[PACKET_FLAG_OFFSET] == PACKET_L_FLAG && pBuf[PACKET_FLAG_OFFSET + 1] == PACKET_H_FLAG) { zb_SendDataRequest( *(uint16 *)(pBuf + PACKET_SENSOR_SHORT_ADDR_OFFSET), OPERATION_CMD_ID, len, pBuf, 0, AF_TX_OPTIONS_NONE, 0 ); } } ``` **命令数据包结构** 【包标志】【操作指令】【对应传感器短地址】 包标志 2Byte FF00 操作指令 1Byte 01 LED开启 02 LED关闭 03 LED状态反转 04 LED闪烁 对应传感器短地址 2Byte 传感器节点接收到协调器控制数据包并解析做出相应的反应 ``` void zb_ReceiveDataIndication( uint16 source, uint16 command, uint16 len, uint8 *pData ) { if(len >= PACKET_BASE_SIZE && pData[PACKET_FLAG_OFFSET] == PACKET_L_FLAG && pData[PACKET_FLAG_OFFSET + 1] == PACKET_H_FLAG && *(uint16 *)(pData + PACKET_SENSOR_SHORT_ADDR_OFFSET) == NLME_GetShortAddr()) { switch(pData[PACKET_OPERATION_TYPE_OFFSET]) { case PACKET_ON: HalLedSet( HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON ); break; case PACKET_OFF: HalLedSet( HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_OFF ); break; case PACKET_TOGGLE: HalLedSet( HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_TOGGLE ); break; case PACKET_BLINK: HalLedBlink(HAL_LED_1, 0, 50, 500); break; default: break; } } } ``` **网关部分：** 程序流程：  关键代码： ``` //serial part串口部分 cssl_t *ser; cssl_start(); ser=cssl_open(dev_path,callback,0,38400,8,0,1); if (!ser){ printf("%s\n",cssl_geterrormsg()); } printf("Serial connection successful, DEV = %s\n", dev_path); ``` //create socket 建立socket 建立一个sock连接 ``` sockfd = socket( AF_INET,SOCK_STREAM,0 ); if ( sockfd < 0 ) { fprintf( stderr, "socket:%s\n", strerror(errno)); exit(1); } else{ printf("success to connect the service\n"); } struct sockaddr_in soc