1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 基于CC溫濕度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告完整版 基于C C溫濕度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 * 實(shí)踐教學(xué) * 蘭州理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 2022年春季學(xué)期 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題目： 專業(yè)班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 成績： 目錄 摘要 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可定制，適用于不同應(yīng)用場合對功能、可靠性、本金、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如通信領(lǐng)域、工業(yè)操縱、交通領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生

2、、消費(fèi)消遣等。 正如溫濕度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其包括了數(shù)據(jù)的采集過程、傳輸過程以及數(shù)據(jù)的處理過程是嵌入式系統(tǒng)在國家森林火災(zāi)的防范、大型糧庫的溫濕度操縱以及家庭溫濕度操縱等方面的典型應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的有線方式在數(shù)據(jù)的檢測、采集、以及傳輸過程中需要大量的節(jié)點(diǎn)且這些節(jié)點(diǎn)不集中，因此需要大量布線。為了避免該問題本設(shè)計(jì)主要從無線傳感方向進(jìn)行提升，本設(shè)計(jì)對溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（和）模擬一個(gè)類IIC的過程，對光照的采集則使用內(nèi)部的AINO通道。該系統(tǒng)使用CC2530讀取溫濕度傳感器SHT10的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并通過CC2530內(nèi)部的ADC得到光照傳感器的數(shù)據(jù)。結(jié)果將采樣得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后在LCD

3、上顯示。 關(guān)鍵字：溫濕度的采集 CC2530 溫濕度傳感器SHT10 前言 本設(shè)計(jì)是一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)。即該系統(tǒng)是采用Zigbee無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，并通過運(yùn)用Zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)摹Ｍ瑫r(shí)，需要在網(wǎng)絡(luò)層通過AODV路由協(xié)議來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。總之，基于無線傳感技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種將傳感器、操縱器、計(jì)算能力、通信能力完美的結(jié)合于一身的嵌入式設(shè)備。 它們跟外界的物理環(huán)境交互，實(shí)時(shí)的采集信息，并且將收集到的信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶。無線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般是由一個(gè)低功耗的微操縱器(MCU

4、)和若干個(gè)存儲(chǔ)器、無線電/光通信裝置、傳感器等組件所集成的，通過傳感器、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、以及通信裝置和它們所處的外界物理環(huán)境進(jìn)行交互。由此而引入的無線傳感網(wǎng)絡(luò)更是一種開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)，廣泛被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測、智能建筑、戰(zhàn)場監(jiān)視、智能家裝、工業(yè)自動(dòng)化和大區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。 如，在醫(yī)院Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時(shí)并確切的收集急診病人的信息及相關(guān)度檢查結(jié)果，從而快速確切的作出診斷；同時(shí)，對一些特別的病人，可讓其攜帶Zigbee終端而對其進(jìn)行24小時(shí)的體溫、脈搏操縱。生命誠難得，時(shí)間價(jià)更高！ 又如，在工業(yè)操縱領(lǐng)域內(nèi)，就可以很好的通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廠房內(nèi)不同區(qū)域的溫

5、濕度的檢測及操縱，以及相關(guān)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況是否正常的有關(guān)信息，統(tǒng)計(jì)庫存量，等等。 總的來說，我們的工作及生活在無形的改變著，變得更精致更高效更漂亮。而這無形中進(jìn)行著的奇妙改變的關(guān)鍵莫過于高端的技術(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及無線技術(shù)。 一基本原理 溫濕度數(shù)據(jù)采集原理 溫濕度探頭直接使用IIC接口進(jìn)行操縱，本試驗(yàn)將使用CC2530 讀取溫濕度傳感器SHT10的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后再LCD顯示。其中對溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（和）模擬一個(gè)類IIC得過程。其中該系統(tǒng)所使用的SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSens 技術(shù)，確保

6、產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接。 1.1.1SHT10 引腳特性 1. VDD，GND SHT10 的供電電壓為 。傳感器上電后，要等待 11ms 以越過“休眠狀態(tài)。在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。 2. SCK 用于微處理器與 SHT10 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)規(guī)律，因而不存在最小 SCK 頻率。 3. DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在 SCK

7、 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在 SCK 時(shí)鐘高電平日，DATA 務(wù)必保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng) DATA 在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如：10k）將信號提拉至高電平。上拉電阻尋常已包含在微處理器的 I/O 電路中。 （1）向 SHT10 發(fā)送命令： 用一組“ 啟動(dòng)傳輸時(shí)序，來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟Ｋǎ寒?dāng) SCK 時(shí)鐘高電平日DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時(shí)鐘高電平日 DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“000，和五個(gè)命令位。SHT10 會(huì)以下述方）式表示已正確地

8、接收到指令：在 第 8 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將 DATA 拉為低電平（ACK位）。在第 9 個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。 （2）測量時(shí)序(RH 和 T)： 發(fā)布一組測量命令（00000101表示相對濕度 RH，00000011表示溫度 T）后，操縱器要等待測量終止。這個(gè)過程需要大約 11/55/210ms，分別對應(yīng) 8/12/14bit 測量。確鑿的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多有15%變化。SHTxx 通過下拉 DATA 至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測量的終止。操縱器在再次觸發(fā) SCK 時(shí)鐘前，務(wù)必等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣

9、操縱器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 奇偶校驗(yàn)。需要通過下拉 DATA 為低電平，uC以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開始，右值有效（例如：對于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個(gè)SCK 時(shí)鐘起算作 MSB；而對于 8bit 數(shù)據(jù)，首字節(jié)則無意義）。用 CRC 數(shù)據(jù)確實(shí)認(rèn)位，說明通訊終止。假如不使用 CRC-8 校驗(yàn)，操縱器可以在測量值 LSB 后，通過保持確認(rèn)位 ack 高電平，來中止通訊。在測量和通訊終止后，SHTxx 自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。 （3）通訊復(fù)位時(shí)序： 假如與 SHTxx 通訊中斷，以下信號時(shí)序可以復(fù)位串口：當(dāng) DA

10、TA 保持高電平日，觸發(fā)SCK 時(shí)鐘 9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)時(shí)序。這些時(shí)序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄放器內(nèi)容仍舊保存。 二系統(tǒng)分析 嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)是一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器SHT10的溫濕度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Zigbee無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過運(yùn)用Zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點(diǎn)對多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的通信。并且也是基于Zigbee協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議傳輸，主要是從Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AODV路由協(xié)議著手，在網(wǎng)絡(luò)層通過AODV路由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。 具體步驟描述 1、給智能主板

11、供電（USB 外接電源或 2 節(jié)干電池）； 2、將一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)模塊插入到帶 LCD 的智能主板的相應(yīng)位置； 3、將溫濕度及光電傳感器模塊插入到智能主板的傳感及操縱擴(kuò)展口位置； 4、將 CC2530 仿真器的一端通過 USB 線（A 型轉(zhuǎn) B 型）連接到 PC 機(jī)，另一端通過 10Pin下載線連接到智能主板的 CC2530 JTAG 口（J203）； 5、將智能主板上電源開關(guān)撥至開位置。按下仿真器上的按鈕，仿真器上的指示燈為綠色時(shí)，表示連接成功； 6、使用開啟“OURS_CC2530LIBlib10(HumiTempLight) IAR_files下的文件，下載運(yùn)行程序； 7、觀測 LCD 上溫

12、度、濕度和光照強(qiáng)度的變化； 8、用一個(gè)物體攔住光照傳感器的光線，觀測 LCD 上光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的變化； 9、向溫濕度傳感器吹一口氣體，觀測 LCD 上溫濕度數(shù)據(jù)的變 程序流程圖 圖1-1 系統(tǒng)程序流程圖 三細(xì)致設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，其重點(diǎn)是溫濕度數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，主要可分為二大部分，一是實(shí)現(xiàn)無線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無線傳感的軟件支持，也就是基于Zigbee協(xié)議架構(gòu)的編程。 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。

13、 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括：Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、AODV路由協(xié)議。 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分 嵌入式溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分可以大體有無線傳感基本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的試驗(yàn)箱以及軟件支持、常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)等組成。其具體內(nèi)容如下： 3.1.1無線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面是以數(shù)據(jù)為中心的，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)尋常運(yùn)行在人無法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜止不動(dòng)的。在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測特定的對象以外，還需要進(jìn)行簡單的計(jì)算，維持相互之間的網(wǎng)絡(luò)連接等功能。并且由于能源的無法替代以及低功耗的多跳通信模式節(jié)，設(shè)計(jì)無線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效的延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題，其無線傳感節(jié)點(diǎn)模型如下圖1-2所示。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無線傳輸模塊的，傳感器采集的數(shù)據(jù)，簡單處理后經(jīng)過無線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標(biāo)、觀測節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場是所包括的4個(gè)基本實(shí)