電氣設(shè)計自動化論文-畢業(yè)論文-林木生長監(jiān)測系統(tǒng)中FFD模塊設(shè)計

2015屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：林木生長監(jiān)測系統(tǒng)中FFD模塊設(shè)計 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 學(xué)科門類 工科 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 年 4月10日摘 要隨著人們對低速率無線個人域網(wǎng)的應(yīng)用需求越來越大，ZigBee技術(shù)在近年來得到了快速的發(fā)展。由于ZigBee技術(shù)具有低功耗、成本低、低速率、近距離和網(wǎng)絡(luò)容量大等特點，使得其得到了廣泛的應(yīng)用，具有十分廣闊的研究前景。我們利用Zigbee的無線傳送數(shù)據(jù)的功能，將其作為數(shù)據(jù)遠程傳送模塊。Zigbee對溫度傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)或者光照傳感器測得數(shù)據(jù)按時發(fā)回到主機接收端。在主機端我們對數(shù)據(jù)進行分析處理。主機端可以帶有顯示，報警等功能。本文主要涉及具有完整功能的全功能設(shè)備的功能設(shè)計。方案中使用STC12A32S2微控制芯片和CC2530無線模塊搭建了一個基于ZigBee技術(shù)的FFD全功能模塊，該模塊通過DS3231進行精確的定時，并且采用無線數(shù)傳模塊與上位機通信。FFD在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)中心節(jié)點和協(xié)調(diào)器的作用，負(fù)責(zé)向終端節(jié)點查詢溫度的信息，然后反饋給計算機，達到無線測溫的目的。關(guān)鍵詞:無線數(shù)據(jù)傳送，全功能模塊（FFD），ZigBee，CC2530，光照，溫度ABSTRACTRecently ZigBee is developing at a high speed because the application demand on low-rate wireless personal area network is increasing. ZigBee technology has been widely applied in life as it has the following key features：low power，low cost，low data rate，short distance and large network capacity. It has very broad prospects for research.We use Zigbee wireless transmitting data function, data remote transmission module. Zigbee data of temperature sensors measured temperature or light sensor measured data is sent back to the host at the receiving end on time. We analyze the data processing in the host. The host can with display, alarm, etc.Through the analysis of wireless sensor and its network protocol,a method is proposed for temperature measurement based on ZigBee protocol wireless network FFD module design.The program is the use of STC12A32S2 microchip and CC2530 radio-chip to built a full function device based on ZigBee technology. Keywords：The wireless data transmission,FFD,ZigBee,CC2530,Temperature,light目 錄目 錄3前言5第1章 本論61.1 課題背景61.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3 課題研究的目的和意義71.4 論文研究的主要內(nèi)容7第2章 ZigBee協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)82.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述82.1.1 Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)82.1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)112.1.3 工作模式122.2 ZigBee協(xié)議122.2.3 ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)122.3 邏輯設(shè)備類型122.4一個簡單的無線數(shù)據(jù)通信時的一般步驟122.5節(jié)點類型12第3章 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)133.1 方案實現(xiàn)總框圖133.2其硬件資源清單133.3ZigBee系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)143.3.1 CC2530芯片143.3.2應(yīng)用153.3.2SZ05-ZBEE嵌入式無線通信模塊163.4 MCU及外圍電路173.4.1 STC12A32S2簡介173.4.2 STC12A32S2晶振連接電路設(shè)計183.4.3定時電路設(shè)計183.4.4 STC12A32S2復(fù)位電路設(shè)計193.4.5 LCD顯示電路設(shè)計203.5 PC機接口電路203.5.1 RS-485通信203.5.2 無線數(shù)傳模塊20第4章 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)214.1總流程圖214.2 建立工程214.3子程序模塊分析214.3.1 初始化子程序段214.3.2 外部中斷子程序224.3.3 串行中斷1子程序234.3.4 串行中斷2子程序244.4 系統(tǒng)軟件對功耗的影響24第5章 系統(tǒng)性能測試265.1 通信距離測試26第6章 結(jié)論與展望286.1 結(jié)論286.2 展望28致謝29參考文獻30附錄A Zigbee測溫網(wǎng)絡(luò)中FFD模塊的原理圖31前言隨著物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信、無線控制、無線組網(wǎng)和移動連接等走進我們生活，其原理主要運用Zigbee技術(shù)實現(xiàn)。單片機具有很強大的功能拓展，我們可以運用其特性進行物聯(lián)網(wǎng)無線通信設(shè)計，我們的生活，信息可以進行通信交流，進而可以實現(xiàn)智能控制。這些新技術(shù)必將具有強大生命力和廣闊的市場前景。很多領(lǐng)域由于物聯(lián)網(wǎng)都實現(xiàn)智能化的革命。森林樹木生長狀況的檢測對于消除森林安全隱患有很重要的意義。通過本裝置對林木外部生長質(zhì)量檢測。在一些森林保護工作中運用這種技術(shù)手段有很大進步。我們通過監(jiān)測信息對很多狀況可以預(yù)測防預(yù)。運用無線Zigbee技術(shù)，我們就可以解決問題，同時，林木生長過程全程監(jiān)測與生長要素控制可以市林木更加安全健康。運用信息技術(shù)，可以解決林木生長中的一些問題。為了使供應(yīng)商能夠提供最低可能功耗的設(shè)備， IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers ，電氣及電子工程師學(xué)會) 定義了兩種不同類型的設(shè)備：一種是完整功能設(shè)備(full functional device， FFD)，另一種是簡化功能設(shè)備(reduced functional device， RFD)。1本設(shè)計在ZigBee協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了FFD的設(shè)計方案，完成了硬件電路的設(shè)計和程序的編寫，最后完成對整個網(wǎng)絡(luò)進行測試和數(shù)據(jù)分析。以下是本文的主要工作以及論文的組織結(jié)構(gòu)。第一章:緒論。主要闡述該課題研究的背景和國內(nèi)外的現(xiàn)狀及意義，并說明了本文具體設(shè)計的內(nèi)容。第二章:介紹ZigBee協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。接著給出了Zighee協(xié)議的相關(guān)概念，并介紹了Zighee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點工作模式。第三章:硬件設(shè)計。主要描述了利用STC單片機解決ZigBee的方案，包括ZigBee模塊、MCU的外圍電路以及LCD顯示電路的設(shè)計。第四章:軟件設(shè)計。包含程序，其中包括流程圖的繪制以及各子程序的分析。第五章：系統(tǒng)性能測試。本章主要對硬件電路在實際應(yīng)用中的性能測試進行分析，進一步說明本設(shè)計的不足和優(yōu)點。第六章：結(jié)論與展望。第1章 本論當(dāng)問我 ZigBee 是什么的時候？我會回答：單片機+無線模塊。例如一塊ZigBee 的MCU只要一片CC2530就行。其功能強大、組網(wǎng)方式千變?nèi)f化。無線傳輸?shù)膶傩灾形覀兛梢钥吹絑igbee的應(yīng)用范圍是低速率遠距離的。這造就了Zigbee低功耗信息傳輸?shù)膬?yōu)勢，網(wǎng)上經(jīng)常談到兩節(jié)普通的5號干電池可以使用6個月到2年的時間，免去充電和更換電池的麻煩。在軍事、國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領(lǐng)域都可以發(fā)揮很大作用，可以做到智能化檢測。2Zigbee的應(yīng)用領(lǐng)域很廣。隨著技術(shù)日益成熟以及價格的下降，Zigbee在大多領(lǐng)域取代原始的無線模塊是毋庸置疑的。舉個最簡單的例子，終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器的最大通訊距離為200米，我們在200米的地方加入1個點作為路由器，那么終端就可以通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，也就是說通訊距離可達400米。而且新節(jié)點加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)極為方便。我們姑且可以先把ZigBee當(dāng)成普通的無線模塊應(yīng)用。開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采用的協(xié)議取決于網(wǎng)絡(luò)具體的應(yīng)用范圍。ZigBee協(xié)議是為家庭控制、安全系統(tǒng)、建筑自動化等方面設(shè)計的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本文將會分析ZigBee協(xié)議的結(jié)構(gòu)并基于ZigBee協(xié)議實現(xiàn)一種溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。平臺是 IAR + Z-stack 2007 PRO，芯片是 TI 公司的CC2530。1.1 課題背景隨著社會的發(fā)展，人們對通信技術(shù)的要求日益提高，無線通信技術(shù)在其中扮演著越來越重要的角色。各種短距離無線傳輸技術(shù)層出不窮：藍牙(Bluetooth)、ZigBee、WiFi、WiMAX，無線USB，UWB等。其中藍牙(Bluetooth)、UWB和ZigBee是最受產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的三種標(biāo)準(zhǔn)。對于工業(yè)控制、家庭自動化和遙測遙感領(lǐng)域。ZigBee技術(shù)專注于低成本，低功耗和低速率的無線通信市場，該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與其他幾種無線通訊標(biāo)準(zhǔn)相比。3具有如下特點：1.成本低2.低功耗3.時延短：ZigBee的響應(yīng)速度較快4.網(wǎng)絡(luò)容量大5.可靠度高6.安全7.傳輸距離遠：兩節(jié)點間的物理傳輸范圍一般介于10-100米之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3千米。41.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是當(dāng)今前沿性的熱點研究方向之一，有著巨大的科學(xué)意義和應(yīng)用前景，被認(rèn)為是將對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的高技術(shù)之一。國外的一些著名大學(xué)，如加州大學(xué)洛杉磯分校、康奈爾大學(xué)、麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校等也先后開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作。加州大學(xué)洛杉磯分校在生態(tài)監(jiān)控方面研究了小氣候傳感器和視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在地震監(jiān)控和響應(yīng)結(jié)構(gòu)方面研究了數(shù)據(jù)通信控制器和網(wǎng)絡(luò)時間同步、傳感器可靠部署、寬帶地震網(wǎng)絡(luò)、結(jié)構(gòu)檢測的無線地震監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。5在國內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面的研究發(fā)展比較迅速。在環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)保護、交通、工業(yè)控制等方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為我們及時準(zhǔn)確的提供全方位的監(jiān)測手段和監(jiān)測信息。1.3 課題研究的目的和意義溫度感應(yīng)和監(jiān)測技術(shù)在社會生產(chǎn)生活各個方面都有廣泛應(yīng)用，如醫(yī)療護理、環(huán)保、科研等。目前，此項設(shè)計的意義在于對無線測溫的實用性機很強。對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的體系結(jié)構(gòu)及各個模塊的能量消耗情況進行了初步的分析，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)架設(shè)計的系統(tǒng)方式，確定FFD主動的協(xié)調(diào)方式的架構(gòu)設(shè)計。ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有低成本、低功耗、低速率、近距離、短時延、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段等特點。適合采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。ZigBee是一個可由多達65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米甚至幾公里，另外整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以實現(xiàn)與現(xiàn)有的其它的各種網(wǎng)絡(luò)例如工業(yè)以太網(wǎng)等的連接。6ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在工業(yè)控制(例如礦井監(jiān)控系統(tǒng))，汽車控制(例如輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng))、農(nóng)業(yè)控制(例如精確耕種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò))、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(例如血壓、體溫和心跳監(jiān)視網(wǎng)絡(luò))、家庭智能控制(例如照明、水電氣計量及報警)、消費類電子設(shè)備的遙控裝置以及PC外設(shè)的無線連接等領(lǐng)域。71.4 論文研究的主要內(nèi)容本文主要研究基于ZigBee的無線測溫網(wǎng)絡(luò)中的FFD模塊設(shè)計，本課題選用的是實現(xiàn)基于STC8052處理器和CC2530射頻芯片的實用的、低成本的且可以靈活擴展的ZigBee系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上移植ZigBee協(xié)議棧，組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與節(jié)點間的信息交互。本次設(shè)計的內(nèi)容是無線測溫網(wǎng)絡(luò)中的FFD模塊，要求基于ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的FFD或RFD連結(jié)，具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。主要對組網(wǎng)的方式，控制效率分析設(shè)計。完成模塊的硬軟件設(shè)計，硬件體系結(jié)構(gòu)圖和軟件代碼。8第2章 ZigBee協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述利用ZigBee技術(shù)組建的是一種低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域網(wǎng)（Low Rate Wireless Personal Network，LR-WPAN），網(wǎng)絡(luò)的基本成員成為“設(shè)備（Device）”。網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備按照功能的不同分為兩類：具有完整功能的全功能設(shè)備（Full Function Device，F(xiàn)FD）和只具有部分功能的精簡功能設(shè)備（Reduce Function Device,RFD）.其中RFD功能非常簡單，可以用最低端的MCU實現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)了只能作為不需發(fā)送大量數(shù)據(jù)的終端設(shè)備，只能和某個特定的FFD進行通信。而FFD可以作為個域網(wǎng)的主協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器，也可以作為終端設(shè)備實用。在一個網(wǎng)絡(luò)里至少需要一個主協(xié)調(diào)器。在有些覆蓋范圍較大的場合，可以組建樹簇型ZigBee網(wǎng)絡(luò)，通過路由器實現(xiàn)多跳的數(shù)據(jù)傳輸，作為路由器的必須是FFD。92.1.1 Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)看了Zigbee的體系結(jié)構(gòu)，聯(lián)想到TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)，覺得似乎每個協(xié)議都是由OSI七層協(xié)議演化而來的，由圖可以看出IEEE802.15.4定義了物理層和MAC層，而Zigbee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層技術(shù)規(guī)范，每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體提供所有的其他管理服務(wù)。每個服務(wù)實體通過相應(yīng)的服務(wù)接入點(SAP)為其上層提供一個接口，每個服務(wù)接入點通過服務(wù)原語來完成所對應(yīng)的功能。各層介紹:物理層（PHY）物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)。物理管理服務(wù)維護一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。物理層功能1)ZigBee的激活；2)當(dāng)前信道的能量檢測；3)接收鏈路服務(wù)質(zhì)量信息；4)ZigBee信道接入方式；5)信道頻率選擇；6)數(shù)據(jù)傳輸和接收。MAC層MAC層負(fù)責(zé)處理所有的物理無線信道訪問，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號、同步信號；支持PAN連接和分離，提供兩個對等MAC實體之間可靠的鏈路。_MAC層數(shù)據(jù)服務(wù)：保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務(wù)中正確收發(fā)。MAC層管理服務(wù)：維護一個存儲MAC子層協(xié)議狀態(tài)相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫。MAC層功能1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)；2）與信標(biāo)同步；3）支持PAN(個域網(wǎng))鏈路的建立和斷開；4）為設(shè)備的安全性提供支持；5）信道接入方式采用免沖突載波檢測多址接入(CSMA-CA)機制；6）處理和維護保護時隙(GTS)機制；7）在兩個對等的MAC實體之間提供一個可靠的通信鏈路。網(wǎng)絡(luò)層（NWK）ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)節(jié)點加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能，支持Cluster-Tree等多種路由算法，支持星形（Star）、樹形（Cluster-Tree）、網(wǎng)格（Mesh）等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)層功能：1)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；2)網(wǎng)絡(luò)形成；3)允許設(shè)備連接；4)路由器初始化；5)設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；6)直接將設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接；7)斷開網(wǎng)絡(luò)連接；8)重新復(fù)位設(shè)備；9)接收機同步；10)信息庫維護。應(yīng)用層（APL）ZigBee 應(yīng)用層框架包括應(yīng)用支持層(APS)、ZigBee 設(shè)備對象(ZDO)和制造商所定義的應(yīng)用對象。應(yīng)用支持層的功能包括：維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送消息。所謂綁定就是基于兩臺設(shè)備的服務(wù)和需求將它們匹配地連接起來。ZigBee 設(shè)備對象的功能包括：定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色(如ZigBee 協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備)，發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機制。ZigBee 設(shè)備對象還負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。ZigBee 應(yīng)用層除了提供一些必要函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。應(yīng)用程序框架（AF）：運行在ZigBee協(xié)議棧上的應(yīng)用程序?qū)嶋H上就是廠商自定義的應(yīng)用對象，并且遵循規(guī)范（profile）運行在端點1 240上。在ZigBee應(yīng)用中，提供2種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型：鍵值對（KVP）或報文（MSG）ZigBee設(shè)備對象（ZDO）：遠程設(shè)備通過ZDO請求描述符信息，接收到這些請求時，ZDO會調(diào)用配置對象獲取相應(yīng)描述符值。另外，ZDO提供綁定服務(wù)。2、ZigBee 節(jié)點類型三種ZigBee 協(xié)調(diào)者-coord 為協(xié)調(diào)者節(jié)點a) 每個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)必須有一個b) 初始化網(wǎng)絡(luò)信息.ZigBee 路由器-router 為路由節(jié)點a) 路由信息ZigBee 終端節(jié)點-rfd 為終端節(jié)點a) 沒有路由功能低價格總結(jié): ：ZigBee協(xié)議棧已經(jīng)實現(xiàn)了ZigBee協(xié)議，用戶可以使用協(xié)議棧提供的API進行應(yīng)用程序的開發(fā)，在開發(fā)過程中完全不必關(guān)心ZigBee協(xié)議的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，要關(guān)心的問題是：應(yīng)用層的數(shù)據(jù)是使用哪些函數(shù)通過什么方式把數(shù)據(jù)發(fā)送出去或者把數(shù)據(jù)接收過來的。所以最重要的是我們要學(xué)會使用ZigBee協(xié)議棧。112.1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee可以完成很好的組網(wǎng)功能，可以形成星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)，我們選用基本的點對點通信形式，主要操作zigbee協(xié)議實現(xiàn)；從設(shè)備在組網(wǎng)中的功能區(qū)別，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的功能設(shè)備分為三種。第一種終端設(shè)備，結(jié)構(gòu)和功能最簡單，用電池供電，大部分時間處于睡眠之中，很大程度降低功耗，節(jié)約電能，它們稱為終端設(shè)備（End Device）。每個終端設(shè)備中最多可以有240個端點，這些端點共享同一個無線收發(fā)器，但執(zhí)行不同的應(yīng)用任務(wù)。處于中間層次的是路由器，它們必須具備數(shù)據(jù)的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)能力、路由發(fā)現(xiàn)能力。路由器必須是FFD。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的最頂層的是ZigBee協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器的總處于工作狀態(tài)，因此它必須有穩(wěn)定、可靠的電源供給。協(xié)調(diào)器也必須是FFD。圖2- 1 星狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.1.3 工作模式信標(biāo)模式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的同步工作和同步休眠，這樣可以降低功耗，在一些特殊場合比較有優(yōu)勢。而非信標(biāo)模式則只允許終端設(shè)備進行周期性休眠，協(xié)調(diào)器和所有路由器 設(shè)備必須長期處于工作狀態(tài)。Zigbee 的特點就是遠距離低功耗的無線傳輸設(shè)備，節(jié)點模塊閑時可以進入睡眠模式，在需要傳輸數(shù)據(jù)時候進行喚醒，能進一步節(jié)省電量。2.2 ZigBee協(xié)議ZigBee的協(xié)議分為兩部分，IEEE 802.15.4定義了PHY（物理層）和MAC（介質(zhì)訪問層）技術(shù)規(guī)范；ZigBee聯(lián)盟定義了NWK（網(wǎng)絡(luò)層）、APS（應(yīng)用程序支持子層）、APL（應(yīng)用層）技術(shù)規(guī)范。ZigBee 協(xié)議棧就是將各個層定義的協(xié)議都集合在一直，以函數(shù)的形式實現(xiàn)，并給用戶提供 API(應(yīng)用層)，用戶可以直接調(diào)用。12在開發(fā)一個應(yīng)用時，協(xié)議較底下的層與應(yīng)用是相互獨立的，它們可以從第三方來獲得，因此我們需要做的就只是在應(yīng)用層進行相應(yīng)的改動。TI 推出的 ZigBee 2007 協(xié)議棧也稱 Z-Stack，用戶通過 API 函數(shù)就可以輕易用 ZigBee。2.2.3 ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)ZigBee 協(xié)議棧建立在 IEEE 80215 4 的 PHY 層和 MAC 子層規(guī)范之上。它實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層(networklayer，NWK)和應(yīng)用層(applicationlayer，APL)。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層(application support sublayer，APS)和 ZigBee 設(shè)備對象(ZigBee Device Object，ZDO)。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對象。ZigBee 的體系結(jié)構(gòu)由稱為層的各模塊組成。每一層為其上層提供特定的服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體提供所有的其他管理服務(wù)。每個服務(wù)實體通過相應(yīng)的服務(wù)接入點 (SAP)為其上層提供一個接口，每個服務(wù)接入點通過服務(wù)原語來完成所對應(yīng)的功能。2.3 邏輯設(shè)備類型在 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在三種 邏輯設(shè)備類型：Coordinator(協(xié) 調(diào) 器 ) ，Router(路 由 器 ) 和End-Device(終端設(shè)備)。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由一個 Coordinator 以及多個 Router 和多個 End_Device 組成。2.4一個簡單的無線數(shù)據(jù)通信時的一般步驟1、 組網(wǎng) 2、 發(fā)送3、 接收2.5節(jié)點類型ZigBee 網(wǎng)絡(luò)包含三種類型的節(jié)點，即協(xié)調(diào)器ZC(ZigBee Coordinator)、路由ZR(ZigBee Route)和終端設(shè)備ZE(ZigBee End Deviee)，其中協(xié)調(diào)器和路由器均為全功能設(shè)備(FFD)，而終端設(shè)備選用精簡功能設(shè)備(RFD)。協(xié)調(diào)器：一個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)PAN(Personal Area Network)有且僅有一個協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負(fù)責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護網(wǎng)絡(luò)，維護節(jié)點的綁定關(guān)系表等，需要最多的存儲空間和計算能力；路由器：主要實現(xiàn)擴展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能。擴展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點，允許更多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。路由節(jié)點只有在樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在；終端設(shè)備：不具備成為父節(jié)點或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負(fù)責(zé)與實際的監(jiān)控對象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點主動進行通信，工作方式為節(jié)點之間的信息通信。13第3章 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)3.1 方案實現(xiàn)總框圖本研究的核心電路是無線測溫網(wǎng)絡(luò)中的全功能（FFD）模塊的設(shè)計，首先需要設(shè)計出來符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的FFD電路。該電路主要由三個部分組成：射頻模塊、MCU部分及外圍電路和PC機接口電路，如圖3-2所示。圖3- 1 FFD硬件設(shè)計總框圖射頻部分采用德州儀器公司生產(chǎn)的CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。外圍電路部分包括：程序調(diào)試端口、指示電路、報警電路、顯示電路等。其中程序調(diào)試端口是利用ISP接口來調(diào)試和下載程序；指示電路使用發(fā)光LED燈的狀態(tài)來表示；報警電路可以選用SPK蜂鳴器報警電路；顯示電路選用I2C式液晶顯示電路。與PC機接口電路采用RS232通信方式，通過RS-232串口提供調(diào)試過程中的信息并與PC機互交ZigBee組網(wǎng)過程中的信息；同時，在設(shè)計ZigBee的FFD模塊時預(yù)留了一些端口供靈活使用。3.2其硬件資源清單項目名稱型號說明1CPUCC2530內(nèi)存256M，最大發(fā)射功率4.5dBM2系統(tǒng)時鐘32M高精度無源晶振3實時時鐘32.768kHz無源晶振4電池3.7V3.7V手機鋰電池5LED3色.紅、黃、綠 3色LED燈6鍵盤2路按鍵7下載接口8串口接口5UART接口9ADC接口2芯10天線接口SMA11天線2.4G桿狀天線和PCB天線12功放CC2591最高放大倍數(shù)22dBm13電源接口5V5V轉(zhuǎn)3.3V，200mA3.3ZigBee系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本網(wǎng)絡(luò)有若干個ZigBee終端節(jié)點和一個ZigBee中心節(jié)點(協(xié)調(diào)器)搭建一個星型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，有終端節(jié)點上的溫度傳感器采集環(huán)境溫度信息并由終端節(jié)點通過無線芯片發(fā)送到中心節(jié)點，中心節(jié)點將接受到的信息及時反饋到計算機上。整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖3-1所示：圖3- 2 ZigBee系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本課題選用的是實現(xiàn)基于STC12A32S2處理器和CC2530射頻芯片的實用的、低成本的且可以靈活擴展的ZigBee系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上移植ZigBee協(xié)議棧，組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)節(jié)點間的信息交互。方案:采用增強型8051單片機STC12A32S2控制器，該產(chǎn)品特點是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX10專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換（300K/S），針對電機控制，強干擾場合。采用增強型8051單片機STC12A32S2作為控制處理器是本設(shè)計的最佳方案，一是該芯片能夠完成本設(shè)計所有的設(shè)計要求，避免浪費；二是其特點是低電壓、低功耗符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計理念；三是經(jīng)濟方面也最為合適，價格低廉，開發(fā)成本低，性價比高，穩(wěn)定好。3.3.1 CC2530芯片CC2530 采用 40 腳 QFN 封裝，其引腳圖如下：圖3.1 13.3.2應(yīng)用遠程控制系統(tǒng)（需要大于64-KB閃存）工業(yè)控制和監(jiān)控低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)醫(yī)療保健，無線設(shè)備CC2530 具有一個IEEE 802.15.4 兼容無線收發(fā)器。RF 內(nèi)核控制模擬無線模塊。另外，它提供了MCU 和無線設(shè)備之間的一個接口，這使得可以發(fā)出命令，讀取狀態(tài)，自動操作和確定無線設(shè)備事件的順序。無線設(shè)備還包括一個數(shù)據(jù)包過濾和地址識別模塊。(3) CC2530 芯片典型硬件電路CC2530 芯片需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能。下圖3-3為 CC2530 芯片的一種典型硬件應(yīng)用電路。關(guān)于Zigbee的選型方案，參考下圖：正如上圖所示目前市場上有三種 ZigBee 芯片方案，單芯片方案、ZigBee 處理器+MCU 方案和 RF芯片+含 ZigBee 的 MCU 方案。三種方案中，方案一所使用的單芯片方案是空間占用最少的，將微控制器、協(xié)議棧和射頻收發(fā)前端整合到單一的芯片上，從而降低了芯片成本和功耗，成為真正意義上的SoC（System on Chip）解決方案，該方案的優(yōu)點是利用單芯片集成電路有效地降低系統(tǒng)功耗；內(nèi)嵌的線路可以減少甚至避免電路板信號傳送時所造成的系統(tǒng)信號串?dāng)_；減少芯片對外引腳數(shù)，簡化系統(tǒng)加工的復(fù)雜性；減少外圍驅(qū)動接口單元及電路板之間的信號傳遞，加快了數(shù)據(jù)傳輸和處理的速度。TI 公司的 CC2430、CC2431、CC2530、CC2531都是第一種方案的典型的應(yīng)用有。方案二采用的是 MCU，典型應(yīng)用有 MSP430+CC2480，CC2480 是德州儀器 (TI)近日推出的最新 Z-Accel 系列 2.4GHz ZigBee 認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)處理器中的首款產(chǎn)品，CC2480 把已經(jīng)做好的 ZigBee 協(xié)議棧的軟件放到芯片內(nèi)部，用戶通過外加一個 MCU，把應(yīng)用程序放在外面的 MCU，這樣就不用花很多的時間去開發(fā) ZigBee協(xié)議棧方面的軟件。CC2480 能夠處理所有時序關(guān)鍵型與處理密集型 ZigBee 協(xié)議任務(wù)，而將應(yīng)用 MCU 的資源占用空間釋放出來用于滿足其他應(yīng)用要求。CC2480 能夠通過 SPI 或 UART 接口與各種 MCU 通信。方案三采用含有 ZigBee stack 的 MCU+RF 芯片的方案，典型的應(yīng)用有 MSP430+CC2420，MSP430+CC2520。這種方案的優(yōu)點是靈活性大，功耗相對較低。圖3- 3 CC2530典型硬件電路3.3.2SZ05-ZBEE嵌入式無線通信模塊順舟科技SZ05系列為實現(xiàn)無線通信模塊，集成了符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，它具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網(wǎng)靈活、性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點和特性；可實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點對多點之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 SZ05系列無線通信模塊數(shù)據(jù)接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口RS232數(shù)據(jù)接口，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送、按照目標(biāo)地址發(fā)送模式，除可實現(xiàn)一般的點對點數(shù)據(jù)通信功能外，還可實現(xiàn)多點之間的數(shù)據(jù)通訊，串口通信使用方法簡單便利，可以大大簡短模塊的嵌入匹配時間進程。 SZ05系列無線通信模塊分為中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點，這三類設(shè)備具備不同的網(wǎng)絡(luò)功能，中心協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)，終端節(jié)點只進行本節(jié)點數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點這三種類型的設(shè)備在硬件結(jié)構(gòu)上完全一致，只是設(shè)備嵌入軟件不同，只需通過跳線設(shè)置或軟件配置即可實現(xiàn)不同的設(shè)備功能。15圖3- 4 SZ05系列嵌入式模塊典型連接圖圖3- 5 SZ05系列嵌入式模塊實物圖3.4 MCU及外圍電路MCU部分使用中國大陸本土宏晶科技生產(chǎn)的增強型8051單片機STC12A32S2，其特點是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX10專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換（300K/S），針對電機控制，強干擾場合。3.4.1 STC12A32S2簡介STC12C5201AD系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換(300K/S),針對電機控制，強干擾場合。3.4.2 STC12A32S2晶振連接電路設(shè)計STC12A32S2單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時鐘源驅(qū)動器件的話，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入，如圖3-6。在本設(shè)計系統(tǒng)中采用的是內(nèi)部振蕩電路連接法，如圖3-7所示。圖3- 6 內(nèi)部振蕩電路連接圖圖3- 7 外部振蕩電路連接圖外接晶體以及電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。外接晶體時，C1和C2通常選20pF左。3.4.3定時電路設(shè)計時鐘電路的產(chǎn)生有很多種方式，比如通過MCU內(nèi)部定時器產(chǎn)生時鐘周期或是通過時鐘芯片來產(chǎn)生時鐘周期。由于它們的產(chǎn)生原理與方式不同，所以各有優(yōu)缺點：MCU內(nèi)部定時器產(chǎn)生時鐘周期是通過軟件的方式來產(chǎn)生，簡單易行，易于實現(xiàn)，但是在對時鐘精確度要求較高的情況下，不能滿足要求；而采用時鐘芯片來產(chǎn)生的時鐘周期精確度高，能夠滿足較高要求的情況，但是，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)難。由于本設(shè)計對時鐘精確度的要求較高，因此，采用時鐘芯片DS3231來產(chǎn)生精確的時鐘周期，以滿足設(shè)計的要求。DS3231是低成本、高精度I2C實時時鐘（RTC），具有集成的溫度補晶體振蕩器和晶體。該器件包括電池輸入端，斷開主電源時仍然可保持精確的計時。其與MCU連接圖如圖3-8所示。圖3- 8 定時電路3.4.4 STC12A32S2復(fù)位電路設(shè)計單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位電平是高電平有效，持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。方案一：上電復(fù)位電路上電瞬間，RST端的電位與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，充電電流減小，RST電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時間是振蕩器建立時間加上二個機器周期，在這段時間里，振蕩建立時間不超過10ms。復(fù)位電路的典型參數(shù)為：C取10uF,R取2k,故時間常數(shù)=RC=1010210=20ms足以滿足要求。其電路如圖3-9所示。圖3- 9 上電復(fù)位電路連接圖方案二：外部復(fù)位電路按下開關(guān)時，電源通過電阻對外接電容進行充電，使RES端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過下拉電阻放電，逐漸使RET端恢復(fù)低電平，如圖3-10所示。圖3- 10 手動上電復(fù)位電路連接圖本設(shè)計采用的是STC12A32S2單片機，由于其內(nèi)置看門狗硬件電路，故復(fù)位端采取置空或是當(dāng)做I/O口用，設(shè)計采用下拉一電阻接地。3.4.5 LCD顯示電路設(shè)計LCM顯示電路采用SMS0801標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼筆段型液晶顯示模塊(LCM)，采用數(shù)碼筆段型液晶顯示器(LCD)，可顯示8位數(shù)字及7個小數(shù)點寬電壓工作范圍，微功耗，與MCU單片機采用二線式串口連接，廣泛應(yīng)用于手持式儀器儀表，智能顯示儀表。其接口電路如下圖3-11所示圖3- 11 LCD與MCU的連接圖3.5 PC機接口電路3.5.1 RS-485通信本設(shè)計采用RS-485串行通信與PC機相連接，通過串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，然后計算機根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置進行操作，其接口電路如圖3-12所示。圖3- 12 RS-485通信接口電路3.5.2 無線數(shù)傳模塊無線天線傳輸數(shù)據(jù)具有很好的適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力。第4章 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)4.1總流程圖本設(shè)計的軟件實現(xiàn)是通過Keil和IAR編譯軟件來實現(xiàn)的。FFD模塊主要起到協(xié)調(diào)作用，實現(xiàn)對下位機節(jié)點的巡檢和對上位機的通信，如下圖4-1所示為軟件的總流程圖圖4- 1 程序總流程圖從流程圖上可以看出，在主程序中一直在等待，所有的功能均是通過中斷來實現(xiàn)的，本次采用了一個外部中斷和兩個串行中斷。兩個串行中斷分別實現(xiàn)對上位機的串行通信和對下位機ZigBee節(jié)點進行通信，該處理程序十分重要，它的處理來實現(xiàn)下位的低功耗。與ZigBee的通信，就是要通過DS3231產(chǎn)生同步時鐘，并且每經(jīng)過一個小時進行與下位機節(jié)點的一次校正，保證時鐘同步，而且每經(jīng)一秒巡檢一個節(jié)點，這樣對于節(jié)點模塊實現(xiàn)低功耗具有很重要的意義；而與上位機的通信，就是將所采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機進行存儲、處理。4.2 建立工程安裝完協(xié)議棧Zstack-1.4.3.1.2.1 后，找到C:Texas InstrumentsZStack-1.4.3-1.2.1ProjectszstackSamples下的Simple App工程，雙擊SimpleApp.eww 打開工程，在Workspace 下拉框中選擇SimpleCollectorEB。保存后將文件夾名“SimpleApp”改為“Coordinator”，協(xié)調(diào)器工程。4.3子程序模塊分析該系統(tǒng)的子程序主要包括:初始化子程序段、外部中斷子程序、串行中斷1和串行中斷2，在以下各節(jié)中將對其分別進行分析。4.3.1 初始化子程序段#include 定義為嵌入系統(tǒng)初始化程序段。其中包括設(shè)置堆棧，將LCD顯示位的存儲區(qū)間NUM1_RAMNUM8_RAM賦值為0,設(shè)置程序狀態(tài)字P4SW，將各寄存器清零，設(shè)置DS3231初始化程序，設(shè)置ZigBee接收和發(fā)送模式，設(shè)置串行口1和串行口2工作方式，設(shè)置串行通信波特率，開中斷，設(shè)置中斷控制寄存器，置位RS485使其處于發(fā)送狀態(tài)等。4.3.2 外部中斷子程序外部中斷由DS3231產(chǎn)生，每當(dāng)DS3231產(chǎn)生精確的1秒時都會觸發(fā)外部中斷0產(chǎn)生中斷。在中斷處理程序中，讀取DS3231秒的值，并調(diào)用顯示子程序，然后向RFD子節(jié)點模塊發(fā)送55H進行查詢。如下圖4-2所示為外部中斷流程圖。圖4- 2 外部中斷流程圖EX0INT: PUSH ACC;外部中斷子程序PUSH PSWLCALL CLRDS3231LCALL DS3231_READLCALL CLRDS3231MOV A,SECONDANL A,#0FHMOV NUM2_RAM,AMOV A,SECONDSWAP AANL A,#0FHMOV NUM1_RAM,AMOV NUM3_RAM,#00HMOV NUM4_RAM,#00HMOV NUM5_RAM,#00HMOV NUM6_RAM,#00HMOV NUM7_RAM,#00HMOV NUM8_RAM,#00HLCALL DISP_NUMLCALL SEND_RFDPOP PSWPOP ACCRETI4.3.3 串行中斷1子程序圖4-3所示為外部中斷流程圖，串行中斷1負(fù)責(zé)與上位機的通信，其采用RS485通信方式，將節(jié)點采集過來的數(shù)據(jù)通過中心節(jié)點（FFD）上傳給上位機。由于中心節(jié)點的存儲空間有限，所以要及時將數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦，在電腦中對數(shù)據(jù)進行分析、存儲。UART1: PUSH ACC PUSH PSWMOV A,SBUF CLR RI CJNE A,#0FEH,UART1_RET LCALL DELAY_URAT1 JNB UART_SUCC_FLAG,UART1_RET MOV A,SUBF CJNE A,#55H,UART1_RET LCALLDELAY_URAT1JNB UART_SUCC_FLAG,UART1_RET MOVA,SBUFCJNE A,#02H,UART1_3LCALLSEND_SUB2_TEMP AJMP UART1_RETUART1_3: CJNE A,#03H,UART1_RET LCALL SEND_SUB3_TEMPUART1_RET: POPPSW POPACC RETI圖4- 3 串行中斷1流程圖4.3.4 串行中斷2子程序串行中斷2主要負(fù)責(zé)對下位機的巡檢，并與其通信，將節(jié)點對環(huán)境溫度測試的數(shù)據(jù)采集過來，并且將接收到的數(shù)據(jù)存儲在相應(yīng)的存儲空間，通過LCD顯示接收的信息。UART2: PUSH ACCPUSH PSWMOV A,S2CONANL A,#0FEHMOV S2CON,AMOV A,S2BUFCJNE A,#55H,UART2RET1;判斷接收到的是否為55H? ;不等則跳出中斷LCALL UART2_RECEIVE;等，則繼續(xù)接收J(rèn)NB UART2OK_FLAG,UART2RET1;判斷接收是否正確;否，則跳出MOV A,S2BUF;正確則繼續(xù)接收MOV NUMX_RAM,A;并存儲在NUMX_RAMLCALL DISP_NUM;調(diào)用LCD顯示程序UART2RET1:POP PSW POP ACC RETI圖4- 4 串行中斷2流程圖4.4 系統(tǒng)軟件對功耗的影響ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢在于其低成本和低功耗的特性，而本設(shè)計的思想也是在其低功耗的基礎(chǔ)之上進行的研究。在整個系統(tǒng)中，通過中心節(jié)點和終端節(jié)點的相互配合，并提高軟件的實現(xiàn)效率，以提高FFD的巡檢速率，進而實現(xiàn)對終端節(jié)點模塊RFD的節(jié)能研究。無線收發(fā)器可以在不同模式下工作,一般具有4種工作方式:發(fā)送、接收、空閑和休眠。對于小功率發(fā)射來說,發(fā)射模式和接收模式消耗的功率大體上相同,甚至接收比發(fā)射需要更多的功率,這主要取決于收發(fā)器的體系結(jié)構(gòu)?？臻e模式的功率消耗可以比接收模式的消耗少,或者與接收功率相同。為了減少低傳輸流量條件下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平均功率消耗,使收發(fā)模塊長期處于空閑模式也會消耗大量的能量。因此,需要將收發(fā)器置于休眠狀態(tài),而不僅僅是空閑狀態(tài),即大部分時間內(nèi)收發(fā)器是關(guān)閉的,只在必要時才激活使其在一個低占空比下工作。但是這樣處理會增加復(fù)雜性,必須考慮額外消耗的時間和功率。15實驗表明：經(jīng)測試改進前的平均工作電流約為80 mA，改進后在掃描周期為60秒的情況下的平均工作電流為0.5246mA。其中在一個掃描周期內(nèi)其工作狀態(tài)如表4-1所示。表4- 1 RFD各種工作狀態(tài)下的功率消耗工作狀態(tài)工作電流工作時間單片機掉電、ZIGBEE掉電（RES、SLEEP、P0-P4 全高、無LCD)0.131mA59.714s單片機正常、ZIGBEE掉電6.80mA0.019s單片機休眠、ZIGBEE等待接收狀態(tài)68.50mA0.150s單片機正常、ZIGBEE正常處在接收狀態(tài)300mA0.003s單片機正常、ZIGBEE正常處在發(fā)送狀態(tài)800mA0.006s單片機正常、ZIGBEE等待75mA0.1s單片機正常、ZIGBEE掉電6.29mA0.008s因此，一個優(yōu)化的