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嵌入式系统开发技术课程设计.doc

发布时间：2022-07-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.77M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要
    前 言
    一、温湿度数据采集模块
    1.1 无线传感基本结构及实现原理
    1.2 温湿度数据采集
    1.2.1温湿度数据采集原理
    1.2.2设计中所用芯片SHT10：
    1.2.3 主程序程序流程图：
    1.3本设计所使用的实验箱以及软件支持
    1.3.1所使用的试验箱概述
    1.3.2实现基于CC2530的温湿度采集系统节点模块设计
    二、基于CC2530的Zigbee协议栈
    2.1基于CC2530的ZIGBEE协议栈
    2.1.1 Zigbee技术的广阔应用前景
    2.1.2 低功耗低速率技术特点
    2.2 Zigbee协议栈整体架构：
    2.3 Zigbee协议栈网络层：
    2.3.1网络层概述及其实现功能
    三、 AODV路由协议
    3.1协议概述
    3.2协议的基本原理
    3.3 AODV路由协议消息控制帧
    四、总 结
    参考文献
    致 谢
    附录
    {
    ***************** 实践教学 ***************** 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013 年春季学期 嵌入式系统开发技术课程设计 题 目：嵌入式温湿度采集系统设计 专业班级： 通信工程 姓 学 名： 号： 指导教师： 成 绩： 1
    摘 要 温湿度数据的采集、传输以及处理，在日常生活中有着广泛的应用，比如智能家居系统， 智能交通等，在以后物联网中会更加广泛的应用。此次设计是一种基于 CC2530 和数字温湿度 传感器的温湿度采集系统。该系统采用 Zigbee 无线通信技术结合传感器，通过运用 Zigbee 协议架构组建无线传感网络,实现主从节点的数据采集和传输,以及一点对多点，两点之间的 通信。并详细阐述了基于 Zigbee 协议栈的中心节点和终端节点的协议传输，主要是从 Zigbee 协议栈网络层里 AODV 路由协议着手，阐述在网络层如何通过 AODV 路由协议进行节点间的连 接以及数据的收发。 关键字：温湿度数据采集 CC2530 Zigbee 协议栈 无线传感网络 2
    目录 前 言.......................................................................................................................................................................... 1 一、温湿度数据采集模块..........................................................................................................................................2 1.1 无线传感基本结构及实现原理..................................................................................................................2 1.2 温湿度数据采集..........................................................................................................................................3 1.2.1 温湿度数据采集原理 .......................................................................................................................3 1.2.2 设计中所用芯片 SHT10：................................................................................................................3 1.2.3 主程序程序流程图： ......................................................................................................................3 1.3 本设计所使用的实验箱以及软件支持 .......................................................................................................4 1.3.1 所使用的试验箱概述 .......................................................................................................................4 1.3.2 实现基于 CC2530 的温湿度采集系统节点模块设计 .................................................................... 4 二、基于 CC2530 的 Zigbee 协议栈..........................................................................................................................5 2.1 基于 CC2530 的 ZIGBEE 协议栈...................................................................................................................5 2.1.1 Zigbee 技术的广阔应用前景 .................................................................................................................5 2.1.2 低功耗低速率技术特点 ..................................................................................................................5 2.2 Zigbee 协议栈整体架构： .........................................................................................................................6 2.3 Zigbee 协议栈网络层：.............................................................................................................................7 2.3.1 网络层概述及其实现功能 ...............................................................................................................7 三、 AODV 路由协议 .................................................................................................................................................10 3.1 协议概述 .....................................................................................................................................................10 3.2 协议的基本原理.........................................................................................................................................10 3.3 AODV 路由协议消息控制帧 .......................................................................................................................12 四、总 结.................................................................................................................................................................. 15 参考文献 .................................................................................................................................................................... 16 致 谢.......................................................................................................................................................................... 17 附录 ............................................................................................................................................................................ 19 3
    前 言 伴随着时代的进步，人们充分认识到了科技的力量。无线传感网络，它是由大量节点组 成的，是面向任务的分布式网络，综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布 式信息处理等多领域的技术，通过各类微型无线传感器对目标信息进行实时监测，实时采集， 并且由嵌入式微处理器对所采集到的信息进行处理，并通过无线通信网络将处理后的信息传 送至远程用户端，然后通过相应的规则进行各种应用分析。 无线网络传感器是一种将传感器、控制器、计算能力、通信能力完美的结合于一身的嵌 入式设备。它们跟外界的物理环境交互，实时的采集信息，并且将收集到的信息通过无线传 感器网络传送给远程用户。无线网络传感器一般是由一个低功耗的微控制器(MCU)和若干 个存储器、无线电/光通信装置、传感器等组件所集成的，通过传感器、动臂机构、以 及通信装置和它们所处的外界物理环境进行交互。一般说来，独立的传感器功能是非常 有限的，但是如果将他们大量地分布到所需要检测的物理环境中，并组成一个无线传感 网络，加上性能良好的软件系统平台，就能够完成强大的状态监测、实时跟踪、环境监 测等功能。随着微机系统和高集成低功耗数字设备的发展，小体积、低成本、低功耗的传感 器节点将得以实现。 1
    一、温湿度数据采集模块 1.1 无线传感基本结构及实现原理 无线传感器网络在设计目标方面与传统的无线网络有所区别，前者是以数据为中心的， 后者以传输数据为目的。在无线传感器网络中，因为节点通常运行在人无法接近的恶劣甚至 危险的远程环境中，所以除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止不动的。在被监 测区域内，节点任意散落，节点除了需要完成感测特定的对象以外，还需要进行简单的计算， 维持互相之间的网络连接等功能。并且由于能源的无法替代以及低功耗的多跳通信模式节， 设计无线传感节点时，有效的延长网络的生命周期以及节点的低功耗成为无线传感器网络研 究的核心问题。在节省功耗的同时增加通信的隐蔽性，避免长距离的无线通信易受外界噪声 干扰的影响，也都是在设计传感器网络时需要攻克的新难题。 图 1 无线传感器节点模型 无线传感网络的建立是基于传感器加无线传输模块的，传感器采集的数据，简单处理后 经过无线传输模块传到服务器或应用终端。目标、观测节点传感节点和感知视场是无线传感 器网络所包括的4个基本实体对象。另外，要完成对整个系统的应用刻画，还需要对远程任务 管理单元、外部网络和用户进行定义。大量传感节点随机部署，单个节点经过初始的通信和 协商，通过自组织方式自行配置，形成一个传输信息的单跳链接或一系列的无线网络节点组 成的网络，协同形成对目标的感知视场。传感节点检测的目标信号经过传感器本地简单处理 后通过单播或广播以多跳的方式通过邻近传感节点传输到观测节点。用户和远程任务管理单 元则能够通过卫星通信网络或Internet等外部网络，与观测节点进行数据信息的交互。观测 节点向网络发布查询请求和控制指令，接收传感节点返回的目标信息。 2
    图 2 无线传感器网络通信体系结构 无线传输模块可以实现短距离（小于 300 米）的信号传输。在实际应用中，需要根据不 同需求选择传感器，如电压电流、功耗、温湿度、液面、震动、压力等等。 1.2 温湿度数据采集 1.2.1 温湿度数据采集原理 温湿度探头直接使用 IIC 接口进行控制。本设计将使用 CC2530 读取温湿度传感器 SHT10 的温度和湿度数据，并将采样到的数据转换然后再 LCD 显示。其中对温湿度的读取是利用 CC2530 的 I/O（P1.0 和 P1.1）模拟一个类 IIC 得过程。 1.2.2 设计中所用芯片 SHT10： SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片， 提供全标定的数字输出。它采用专利的 CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚 合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转 换器以及串行接口电路实现无缝连接。 1.2.3 主程序程序流程图： 3
    开始 系统时钟初始化 LCD 初始化 读取温湿度数据 显示温湿度数据 图 3 主程序程序流程图 1.3 本设计所使用的实验箱以及软件支持 1.3.1 所使用的试验箱概述 物联网创新实验系统 IOV-T-2530 采用系列传感器模块和无线节点模块组成无线传感网， 扩展嵌入式网关实现广域访问，可实现多种物联网构架，完成物联网相关的各种传感器的信 息采集、无线信号收发、Zigbee 网络通讯、组件控制全过程。该工具箱提供了无线传感网通 信模块、基本的传感器及控制器模块、嵌入式网关、计算机服务器参考软件等。 1.3.2 实现基于 CC2530 的温湿度采集系统节点模块设计 实验系统包含 4 个无线传感网通信节点和一个无线网络协调器； 无线节点模块：主要有射频单片机构成，MCU 是 TI 的 CC2530,2.4G 载频； 传感器及控制模块：系列传感器模块，包括温湿度传感模块、继电器模块和 RS232 模块 等，也可以通过总线扩展用户自己的传感器及控制器部件。 电源板或智能主板：即实现无线节点模块与传感及控制模块的连接，又实现系统供电， 目前主要有两节电池供电，保留外接电源接口，可以直接有直流电供电。 4
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