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基于无线传输的数据采集系统设计.doc
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基于无线传输的数据采集系统设计.doc
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摘要
本文介绍了无线传输网络技术的概念,从无线传输网络技术的体
系结构、网络协议、节点技术出发,归纳了无线传输网络技术的基本
特点。基于无线传输节点设计原则及选用微型数字温度传感器
DS1820 和单片机 AT89S51 组成数据采集系统,用集成的无线传输技
术模块(本设计选用 ZigBee 集成模块)作为无线传输部分,给出了
无线传输网络的通用结构,系统硬件及软件的设计方案和具体实现。
最后进行实验环节,实验结果表明本文设计的无线传输网络可以实现
温度信息的采集及无线传输。
关键词
无线传输网络;IEEE 802.15.4;ZigBee 协议;DS1820;AT89S51
单片机
Abstract
This dissertation describes the concept of WSN. System structure,
node technology and protocols of networks of wireless sensor networks
are explored as the research work of the beginning. The characteristics
and analyze of the protocols of data link layer and network layer are
carried out. Then, the protocol structure and characteristics of the wireless
communication protocol are introduced in detail. It was proposed that
basic on the principle of wireless communication protocol and miracle
digital temperature communication DS1820 and AT89S51. The solution
and practical sensor network basics on the principle of design. The
solution and practical implementation of hardware structure and software
of the system is provided, a good consideration of the fact of hardware
and software was outlined. At last, the experimental results show that the
system can realize wireless communication between the sensor nodes.
Key words
Wireless sensor network (WSN);IEEE802.15.4;ZigBee protocol;
DS1820;AT89S51
目 录
1. 引言.........................................................................................................................1
1.1 无线传感器的概述...........................................................................................1
1.1.1 基于蓝牙技术是我传感器网络................................................................1
1.1.2 基于 ZigBee 技术的传感器网络 ..............................................................1
1.1.3 ZigBee 与蓝牙的比较 ...............................................................................1
2. 选用 ZIGBEE 集成模块的无线传输数据采集系统总体设计..............................2
2.1 系统设计总体方案...........................................................................................2
3. 硬件电路的设计.....................................................................................................3
3.1 芯片 CC2430 简介............................................................................................3
3.1.1 CC2430 的功能特性..................................................................................4
3.2 硬件应用电路设计...........................................................................................4
3.3 RFD 节点电路 ..................................................................................................5
3.4 温度传感器的构建...........................................................................................6
3.4.1 DS1820 的工作原理..................................................................................6
4. 基于无线传输温湿度数据采集系统软件的设计.................................................8
4.1 系统程序设计...................................................................................................8
4.2 协议栈.............................................................................................................10
4.3 网络节点的软件设计.....................................................................................11
4.4 各功能部件的程序流程及程序.....................................................................13
4.4.1 液晶驱动 C51 程序 .................................................................................13
4.4.2 主程序......................................................................................................14
5. 系统调试...............................................................................................................15
5.1 系统开发环境及设备.....................................................................................15
5.2 调试步骤.........................................................................................................15
5.2.1 进入调试..................................................................................................15
5.2.2 窗口管理..................................................................................................15
5.2.3 查看源文件语句......................................................................................16
5.2.4 查看变量..................................................................................................16
5.2.5 设置并监控断点......................................................................................16
5.2.6 在反汇编模式中调试..............................................................................17
5.2.7 完整运行程序..........................................................................................17
6. 总结.......................................................................................................................17
致 谢..........................................................................................................................18
附录 ………………………………………………………………………………….21
1
1. 引言
1.1 无线传感器的概述
无线传输网络是由许多独立的无线传输网络节点通过无线电波互相通信而
构成的无线通信网络
[1]
。无线传输网络在配置上分为“点到点”和“主从”两种。
1.1.1 基于蓝牙技术的无线传输网络
蓝牙技术主要面向网络中各类数据及语音设备(如 PC 拨号网络、笔记本电
脑、数码相机、移动电话和高品质耳机等),通过无线方式将它们连成一个微微
网(Piconet),它是实现语音和数据无线传输的开放性规范,是一种低成本、短距离
的无线连接技术。其无线收发器是很小的一块芯片,大约有 9mm×9mm,可方便
地嵌入到便携式设备中,从而增加设备的通信选择性。蓝牙技术实现了设备的无
连接工作,提供了接入数据网的功能,并且具有外围设备接口,可以组成一个特
定的小网。
1.1.2 基于 ZigBee 技术的无线传输网络
ZigBee 是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无
线技术,主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域,可以嵌入各种设
备中,同时支持地理定位功能。IEEE802.15.4 定义了一种廉价的供固定、便携或
移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。
1.1.3 ZigBee 与蓝牙的比较
(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
[2]
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,需要系统资源约为 250Kb。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 FFD。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 适合有大量终端设备的网络,如传感网络、楼宇自动化等。
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