Zigbee節(jié)點(diǎn)的液晶顯示設(shè)計(jì)

1、ZigBee節(jié)點(diǎn)的液晶顯示設(shè)計(jì)摘要針對(duì)傳統(tǒng)有線監(jiān)控系統(tǒng)中布局復(fù)雜、線路過(guò)多、成本過(guò)高、維護(hù)困難等諸多問(wèn)題，采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了基于ZigBee的無(wú)線溫度傳感器設(shè)計(jì)方案。該方案基于一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包裝協(xié)議SPP(Simple Packet Protocol），選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20對(duì)溫度進(jìn)行采集，通過(guò)滿足ZigBee規(guī)范的無(wú)線射頻芯片CC2530傳輸采集到的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)接收芯片處理數(shù)據(jù)后用液晶屏1602顯示出來(lái)。首先從理論上研究cc2530芯片的數(shù)據(jù)收發(fā)原理及l(fā)cd1602液晶顯示器的顯示原理給出了無(wú)線傳感器的結(jié)構(gòu)，和系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)現(xiàn)，并從硬件和軟件方面考慮了低

2、功耗設(shè)計(jì)的要求，隨后通過(guò)IAR編程軟件對(duì)cc2530和lcd1602進(jìn)行程序的編寫，最后以仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并分析了基于zigbee技術(shù)的無(wú)線通信模塊可以在較低功耗下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接受并將所傳送的信息通過(guò)液晶顯示器加以顯示出來(lái)。研究結(jié)果表明,該無(wú)線溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、耗電量低、可靠性高、擴(kuò)展性好、配件靈活等特點(diǎn)，在生產(chǎn)生活中有非常廣泛的推廣應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；Zigbee協(xié)議；CC2430；DS18B20；LCD1602The Liquid Crystal Display Design ZigBee NodesABSTRACTThe tra

3、ditional wired monitoring system has some problems such as complex design, high expensive, difficult servicing. So, we propose a program that is wireless temperature sensor based on the ZigBee technology. We discussed the systems tructure, the design of software and hardware of temperature sensor ba

4、sed on ZigBee technology. In this paper, based on the Simple Packet Protocol (SPP) of ZigBee protocal stack, I take the temperature sensor DS18B20 to collect the temperature data, use the CC2530 RF chip to transmit the message and read the date from the Liquid Crystal Display (LCD) 1602.Firstly I st

5、udied the cc2530 chip and the principle of lcd1602 theoretically and shown the structures of wireless sensor communication and the hardware and software design which considers the requirement of low-power. Then I programmed the software of cc2530 and lcd1602 through IAR which is just the programming

6、 software. Finally I simulated the results of this experiment to prove the achievment in transmitting data with Zigbee wireless communication module at low power use and showing the data on the screen of lcd1602.The experimental results show that the wireless temperature sensor has simple structure,

7、 low power, low cost, high reliability, good extensibility and flexible configuration. The wirelss temperature sensor will widely apply to our production and living.Key words: wireless sensor network ；zigbee protocol ；cc2530; ds18b20; lcd1602 目 錄 1 引言3 1.1 Zigbee概述及其特性3 1.1.1 Zigbee概述3 1.1.2 Zigbee特

8、性3 1.2 國(guó)內(nèi)外ZigBee技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)3 1.2.1 國(guó)內(nèi)外Zigbee技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀3 1.2.2 Zigbee發(fā)展趨勢(shì)3 1.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)4 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6 2.1 單片機(jī)CC25306 2.1.1 CC2530簡(jiǎn)介6 2.1.2 CC2530引腳及功能描述6 2.1.3 CC2530應(yīng)用電路圖7 2.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)8 2.2.1 DS18B20簡(jiǎn)介8 2.2.2 DS18B20引腳介紹8 2.2.3 DS18B20工作原理9 2.3 1602液晶顯示器10 2.3.1 1602液晶顯示器簡(jiǎn)介10 2.3.2 1602液晶顯示器的引腳及功能描述11

9、3 Zigbee無(wú)線傳感器系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)13 3.1 Zigbee傳輸13 3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)14 3.3 協(xié)議棧14 3.4 DS18B20溫度場(chǎng)采集軟件設(shè)計(jì)15 3.5 1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序流程17 3.6 電源接口19 3.7 軟件試驗(yàn)中注意的事項(xiàng)19 4 開發(fā)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)結(jié)果20 4.1 開發(fā)環(huán)境20 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果21 5 總結(jié)22 參考文獻(xiàn)23 致 謝24裝訂線1 引言1.1 Zigbee概述及其特性1.1.1 Zigbee概述Zigbee一詞來(lái)源于蜜蜂的舞蹈，因?yàn)槊鄯浒l(fā)現(xiàn)食物時(shí)，會(huì)通過(guò)跳一種Z形的舞蹈來(lái)傳遞信息，所以在中國(guó)被譯為紫蜂。它是一種新興的短距離無(wú)線通信技術(shù)，可嵌入

10、各種各樣的設(shè)備，應(yīng)用于自動(dòng)遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的可分為協(xié)調(diào)器(Coordinator)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Router)、傳感器節(jié)點(diǎn)(EndDevice)等三種角色。1.1.2 Zigbee特性 低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池

11、可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約為2美元。低速率。ZigBee工作在20250kbps的速率，分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。近距離。傳輸范圍一般介于10100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到13km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)

12、間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要310s、WiFi 需要3 s。高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。高安全。ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問(wèn)控制清單(Access Control List, ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的

13、對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，915MHz(美國(guó)), 868MHz(歐洲), 2. 4GHz(全球)。1.2 國(guó)內(nèi)外ZigBee技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)內(nèi)外Zigbee技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀近年來(lái)，各種無(wú)線通信技術(shù)迅猛發(fā)展，極大的提高了人們的工作效率和生活質(zhì)量。然而，在日常生活中，我們?nèi)匀槐桓鞣N電纜所束縛，所以在近距離的各種設(shè)備間的無(wú)線通信如雨后春筍般的發(fā)展起來(lái)?？v觀目前發(fā)展比較成熟的幾大無(wú)線通信技術(shù)，往往比較復(fù)雜，不但資源的消耗大，成本也比較高，并不能很好的適用于短距離無(wú)線通信的場(chǎng)合。藍(lán)牙技術(shù)的出現(xiàn)使得算距離無(wú)線通信成為可能，但其協(xié)議復(fù)雜，功耗

14、高。所以一種基于IEEE802.15.4通信協(xié)議的且具有低功耗，低復(fù)雜度，更適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的zigbee技術(shù)在自動(dòng)控制，傳感，監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展。國(guó)內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注Zigbee這們新技術(shù)，而且也有不少單位開始涉足Zigbee技術(shù)的開發(fā)工作，然而，由于Zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而深入理解這個(gè)來(lái)自國(guó)外的新技術(shù)，再組織一個(gè)在這幾個(gè)方面都有豐富經(jīng)驗(yàn)的配套的隊(duì)伍，本身就不是一件容易的事情，因而，到目前為止，國(guó)內(nèi)目zigbee產(chǎn)品還是比較少。在國(guó)外，為了推動(dòng)ZigBee技術(shù)的發(fā)展，Chipcon、E

15、mber、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee聯(lián)盟(ZigBee Alliance)，包括有許多IC設(shè)計(jì)、家電、通訊設(shè)備、IP服務(wù)提供、玩具等廠商相繼加入，目前該聯(lián)盟已經(jīng)包含150多家會(huì)員。在ZigBee Alliance的成員中，有不少是提供ZigBee解決方案的業(yè)者。下面簡(jiǎn)單介紹一下著名的相關(guān)產(chǎn)品。TI/CHIPCON公司的CC2420：CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。它基于Chip

16、con公司的SmartRF 03技術(shù)，以0.18um CMOS工藝制成，只需極少外部元器件，性能穩(wěn)定且功耗極低。CC2420的選擇性和敏感性指數(shù)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保短距離通信的有效性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無(wú)線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250kbps可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。1.2.2 Zigbee發(fā)展趨勢(shì)Zigbee技術(shù)的目標(biāo)就是針對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化，遙測(cè)遙控，汽車自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療護(hù)理等,例如燈光自動(dòng)化控制，傳感器的無(wú)線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，油田，電力，礦山和物流管理等應(yīng)用領(lǐng)域。另外它還可以對(duì)局部區(qū)域內(nèi)移動(dòng)目標(biāo)例如城市中的車輛進(jìn)行定位。Zigbee技術(shù)和RFID 技術(shù)在2004年

17、就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，市場(chǎng)前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個(gè)。關(guān)于這方面的報(bào)道，你只需在百度，或GOOGLE搜索欄中鍵入 “Zigbee”,你就會(huì)看到大量的有關(guān)報(bào)道。總之，今后若干年，都將是Zigbee技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期。因此Zigbee技術(shù)將成為未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要的方向，將成為各個(gè)領(lǐng)域中不可缺少的技術(shù)。1.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)（1）系統(tǒng)復(fù)雜性ZigBee的系統(tǒng)復(fù)雜性要遠(yuǎn)小于藍(lán)牙的系統(tǒng)復(fù)雜性。ZigBee協(xié)議棧簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，需要的系統(tǒng)資源也較少，據(jù)估計(jì)運(yùn)行ZigBee需要系統(tǒng)資源約28Kb；藍(lán)牙協(xié)議棧相對(duì)復(fù)雜，它需要系統(tǒng)資源約為250Kb。ZigBee定義了兩種類型的設(shè)備：

18、全功能設(shè)備FFD和簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD。網(wǎng)絡(luò)為主從結(jié)構(gòu)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者(Coordinator)和最多可達(dá)65535個(gè)從屬設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者必須是FFD，它負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，包括路由、安全性、節(jié)點(diǎn)的附著與離開等。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，其他終端設(shè)備可以是RFD，也可以是FFD3。RFD的價(jià)格要比FFD便宜得多，其占用系統(tǒng)資源僅約為4Kb，因此網(wǎng)絡(luò)的整體成本比較低。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，ZigBee非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化等。（2）功耗ZigBee的MAC信道接入機(jī)制有兩種：無(wú)信標(biāo)（Beacon）模式和有信標(biāo)模式。無(wú)信標(biāo)模式就是標(biāo)準(zhǔn)的ALOHACSMA-CA的信

19、道接入機(jī)制，終端節(jié)點(diǎn)只在有數(shù)據(jù)要收發(fā)的時(shí)候才和網(wǎng)絡(luò)會(huì)話，其余時(shí)間都處于休眠模式，這樣低平均功耗非常低。有信標(biāo)模式下，終端設(shè)備可以只在信標(biāo)被廣播時(shí)醒來(lái)，并偵聽地址，如果沒(méi)有偵聽到自己的地址，則又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。信標(biāo)對(duì)簇形網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)同步尤為重要，節(jié)點(diǎn)不用長(zhǎng)時(shí)間偵聽信道而消耗能量。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)功率節(jié)省也有很重要的關(guān)系。星形和簇形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)更有利于功率節(jié)省4。因?yàn)榍罢叩慕K端節(jié)點(diǎn)不充當(dāng)路由器的功能，只收發(fā)自己的數(shù)據(jù)，這樣可以更節(jié)省更多功率。2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)CC25302.1.1 CC2530簡(jiǎn)介 CC2530 是用于IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4C

20、E 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其他的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗。 CC2530F256 結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee 協(xié)議棧（Z-Stack），提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的Zi

21、gBee 解決方案。 CC2530F64 結(jié)合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee RF4CE 遠(yuǎn)程控制解決方案。2.1.2 CC2530引腳及功能描述CC2530引腳圖如下圖2-1所示。圖2-1 cc2530引腳圖cc2530引腳功能描述如下表2-1。引腳名稱引腳引腳類型描述AVDD128電源（模擬）2V3.6V 模擬電源連接AVDD227電源（模擬）2V3.6V 模擬電源連接AVDD324電源（模擬）2V3.6V 模擬電源連接AVDD429電源（模擬）2V3.6V 模擬電源連接AVDD521電源（模擬）2V3.6V 模擬電源連接AVDD631電源（模擬

22、）2V3.6V 模擬電源連接DCOUPL40電源（數(shù)字）1.8V 數(shù)字電源去耦。不使用外部電路供應(yīng)DVDD139電源（數(shù)字）2V3.6V 數(shù)字電源連接DVDD210電源（數(shù)字）2V3.6V 數(shù)字電源連接GND-接地接地襯墊必須連接到一個(gè)堅(jiān)固的接地面GND1,2,3,4未使用的引腳連接到GNDP0_019數(shù)字I/O端口0.0P0_118數(shù)字I/O端口0.1P0_217數(shù)字I/O端口0.2P0_316數(shù)字I/O端口0.3P0_415數(shù)字I/O端口0.4P0_514數(shù)字I/O端口0.5P0_613數(shù)字I/O端口0.6P0_712數(shù)字I/O端口0.7P1_011數(shù)字I/O端口1.0-20-mA 驅(qū)動(dòng)能

23、力P1_19數(shù)字I/O端口1.1-20-mA 驅(qū)動(dòng)能力P1_28數(shù)字I/O端口1.2P1_37數(shù)字I/O端口1.3P1_46數(shù)字I/O端口1.4P1_55數(shù)字I/O端口1.5P1_638數(shù)字I/O端口1.6P1_737數(shù)字I/O端口1.7P2_036數(shù)字I/O端口2.0P2_135數(shù)字I/O端口2.1P2_234數(shù)字I/O端口2.2P2_3/33數(shù)字I/O端口2.3/32.768 kHz XOSCP2_4/32數(shù)字I/O端口2.4/32.768 kHz XOSCRBAIS30數(shù)字I/O參考電流的外部精密偏置電阻RESET_N20事數(shù)字輸入復(fù)位，活動(dòng)到低電平RF_N26RF I/ORX期間正負(fù)R

24、F輸入信號(hào)到LANRF_P25RF I/ORX期間正RF輸入信號(hào)到LANXOSC_Q122模擬I/O32-MHz 晶振引腳1或外部時(shí)鐘輸入XOSC_Q223模擬I/O32-MHz 晶振引腳2表2-1cc2530引腳功能描述2.1.3 CC2530應(yīng)用電路圖CC2530操作只需要很少的外部元件，CC2530應(yīng)用電路圖如下圖2-2圖2-2 CC2530應(yīng)用電路圖2.2 溫度傳感器設(shè)計(jì)2.2.1 DS18B20簡(jiǎn)介溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得D

25、S18B20更受歡迎。DS18B20的主要特點(diǎn)：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出；先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信；最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度；12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒；可選擇寄生工作方式；檢測(cè)溫度范圍為-55C +125C (67F +257F)；內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能；64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接；多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。2.2.2 DS18B20引腳介紹 DS18B20引腳如下圖2-3所示圖2-3 ds18b20引腳圖 DS18B20引腳說(shuō)明如下表2-2：表2-2 DS18B20引腳說(shuō)明序號(hào)名稱引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開

26、漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3VDD可選擇的VDD引腳。工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。2.2.3 DS18B20工作原理DS18B20的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。DS18B20共有三種形態(tài)的存儲(chǔ)資源，即:ROM 只讀存儲(chǔ)器；RAM 數(shù)據(jù)暫存器；EEPROM 非易失性記憶體。 DS18B20由4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件即64位ROM存儲(chǔ)序列號(hào)、溫度傳感器、溫度報(bào)警寄存器和配置寄存器組成，DS18B20基本結(jié)構(gòu)方框圖如圖2-4所示圖2-4 DS18B20基本機(jī)構(gòu)圖在上面的結(jié)構(gòu)組成圖中

27、，可以看作地址序列碼的64位序列號(hào)是出廠前就被光刻好的，確保每一個(gè)DS18B20都各不相同，從而實(shí)現(xiàn)一根總線上掛多個(gè)DS18B20的目的。溫度傳感器可以完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀書形式提供，其存儲(chǔ)格式如下表2-3所示。表2-3溫度值存儲(chǔ)格式 溫度值以9位數(shù)字量的形式表示，如果S為零，則所測(cè)的溫度為正，其計(jì)算方法為按位加權(quán)求和，即：T=MS.2*26+MS.1*25+MS.0*24+LS.7*23+LS.6*22+LS.5*2+LS.4+LS.3*2-1+LS.2*2-2+LS.1*2-3+LS.0*2-4 （2-1） 如果S為1，則所測(cè)的溫度為負(fù)，其計(jì)算方法為首先求補(bǔ)，再

28、按位加權(quán)求和，一些溫度值和數(shù)字量的計(jì)算關(guān)系如下表2-4所示。表2-4溫度值和數(shù)字量的關(guān)系溫度二進(jìn)制表示十六進(jìn)制表示+1230000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h0.51111 1111 1111 1000FFF8h10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh25.06251111 111

29、0 0110 1111FF6Fh551111 1100 1001 0000FC90hDS18B20與CC2530的連接電路如下圖2-5所示。1腳接地，2腳接CC2530的P0.4口，3腳接電源并提供一個(gè)上拉點(diǎn)阻,這樣需要通過(guò)用軟件來(lái)完成P0.4口的電平模擬DS18B20的協(xié)議時(shí)序?qū)S18B20芯片的訪問(wèn)。圖2-5 DS18B20連線圖2.3 1602液晶顯示器2.3.1 1602液晶顯示器簡(jiǎn)介工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符（16列2行）。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成

30、，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。2.3.2 1602液晶顯示器的引腳及功能描述 1602液晶顯示器引腳圖如下圖2-6所示。圖2-6 1602液晶顯示器引腳圖1602液晶顯示器引腳功能描述如下表2-5

31、所示。1602采用的是標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中有兩條是背光電源線VCC（15腳）和地線（16腳），表2-5 1602液晶顯示器引腳說(shuō)明引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對(duì)比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令，1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)，1=從LCD讀取信息6E1,10輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，10（下降沿）執(zhí)行指令714DB0DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）數(shù)據(jù)總線line7（最高位）15A+VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極1602液晶顯示器與CC2530的接線圖如下圖2-7所示。圖2

32、-7 1602顯示器接線圖3 Zigbee無(wú)線傳感器系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)3.1 Zigbee傳輸現(xiàn)場(chǎng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)采用的是Zigee2007協(xié)議棧協(xié)調(diào)器程序，路由器節(jié)點(diǎn)采用的是協(xié)議棧路由器程序，終端節(jié)點(diǎn)采用的是協(xié)議棧終端節(jié)點(diǎn)程序。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，路由器和終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)加入網(wǎng)絡(luò)。這里路由器很重要，路由協(xié)議采用AODV路由協(xié)議，它可以是路由找到最優(yōu)的傳輸路徑，而且在個(gè)別路由故障時(shí)路由器會(huì)自動(dòng)組成新的路徑來(lái)傳輸信息。程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 zigbee傳輸流程圖3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化主要包括各個(gè)參數(shù)初始化。參數(shù)初始化主要包括I/O接口和外設(shè)的初始化，定義系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)

33、、工作頻率、電源管理方式及Zigbee網(wǎng)絡(luò)地址和MAC層的參數(shù)。主程序主要包括信號(hào)的采集、計(jì)算處理、數(shù)據(jù)收發(fā)，可充分利用CC2530豐富的中斷資源對(duì)各類型的事件進(jìn)行排序和處理。開始CC2530晶振選擇以及一些初始化程序啟動(dòng)溫度檢測(cè)器DS18B20檢測(cè)溫度把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給發(fā)送函數(shù)啟動(dòng)液晶顯示模塊發(fā)送函數(shù)把數(shù)據(jù)給液晶顯示模塊等待接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接受顯示完成圖3-2 系統(tǒng)主程序3.3 協(xié)議棧 協(xié)議棧是使用C語(yǔ)言編寫的，協(xié)議棧使用閃存程序存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)可配置的MAC地址、網(wǎng)絡(luò)表和綁定表。用戶應(yīng)用程序ZigBee設(shè)備對(duì)象應(yīng)用層應(yīng)用支持子層網(wǎng)絡(luò)層MAC層物理層圖3-3 協(xié)議棧構(gòu)架 協(xié)議棧根據(jù)ZigBee規(guī)范

34、的定義將其邏輯分為多個(gè)層。實(shí)現(xiàn)每個(gè)層的代碼位于一個(gè)獨(dú)立的源文件中，而服務(wù)和應(yīng)用程序接口(API)則在頭文件中定義。要實(shí)現(xiàn)抽象性和模塊性，頂層總是通過(guò)定義完善的API和緊接著的下一層進(jìn)行交互,該層的C頭文件定義該層所支持的所有API。3.4 DS18B20溫度場(chǎng)采集軟件設(shè)計(jì)溫度采集模塊使用數(shù)字溫度計(jì)DS18B20，要想實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)采集，必須明白數(shù)字溫度計(jì)DS18B20的通訊協(xié)議，將它的初始化時(shí)序、讀時(shí)序和寫時(shí)序用程序語(yǔ)言（C語(yǔ)言）表示。其初始化時(shí)序如圖3-4所示，主機(jī)首先輸出0，確保DS18B20的DQ位至少可以保持480us的低電平，然后主機(jī)置1釋放總線，等待DS18B20的信號(hào)。DS18B

35、20收到主機(jī)的信號(hào)后等待1560us后發(fā)出一個(gè)大約在60240us的0。主機(jī)總線的時(shí)間最小為480us，在此期間，如果主機(jī)收到DS18B20的相應(yīng)脈沖則表示初始化成功，否則從新開始初始化時(shí)序。圖 3-4 初始化 寫時(shí)序包括主機(jī)向DS18B20寫0時(shí)序和寫1時(shí)序兩種，其時(shí)序圖如圖3-4所示。從圖中可知，無(wú)論是那種寫時(shí)序，其寫時(shí)序完成后都需要至少1us的恢復(fù)時(shí)間。所以，寫0時(shí)序時(shí)，主機(jī)需要置0至少60us，保證15us后DS18B20可以進(jìn)行采樣，采樣后主機(jī)置1恢復(fù)。寫1時(shí)序時(shí)，主機(jī)置0大約15us后置1釋放總線，DS18B20就可以進(jìn)行采樣了。圖3-5 寫時(shí)序讀時(shí)序即主機(jī)從DS18B20中讀取數(shù)

36、據(jù)，包括讀0時(shí)序和讀1時(shí)序兩種，其時(shí)序圖如圖3-5所示。主機(jī)拉低電平15us后，釋放總線開始讀取DQ位的電平，其采樣時(shí)間不得少于45us，讀取完成后需最少1us的置1恢復(fù)時(shí)間。圖3-6 讀時(shí)序執(zhí)行初始化時(shí)序發(fā)出跳過(guò)ROM匹配命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換延時(shí)等待溫度轉(zhuǎn)換完成執(zhí)行初始化時(shí)序發(fā)出跳過(guò)ROM匹配命令讀取暫存器的內(nèi)容讀取溫度數(shù)據(jù)結(jié)束開始圖3-7 溫度采集子程序流程圖數(shù)字溫度計(jì)DS18B20依靠一根總線進(jìn)行通信，一般要進(jìn)行初始化、存儲(chǔ)器指令（寫數(shù)據(jù)）、存儲(chǔ)指令（讀數(shù)據(jù)）、讀取溫度、處理數(shù)據(jù)這五個(gè)步驟，其具體程序流程圖如上圖3-7所示。在本次實(shí)驗(yàn)中，只使用了一個(gè)DS18B20，并不存在一根總線上掛多個(gè)D

37、S18B20的情況，不需要通過(guò)ROM序列號(hào)來(lái)彼此區(qū)分。因此，為了使程序簡(jiǎn)單明了，可以在編程時(shí)跳過(guò)對(duì)序列號(hào)的讀取。3.5 1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序流程通過(guò)設(shè)置指令寄存器來(lái)控制1602液晶顯示器輸出字符以及字符的顯示狀態(tài)，1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，因此我們?cè)谙駾DRAM寫C51字符代碼程序時(shí)甚至可以直接用P1A這樣的方法。PC在編譯時(shí)就把“A”先轉(zhuǎn)為41H代碼了。開始初始化1602寫入控制命令輸出數(shù)據(jù)延時(shí)顯示數(shù)據(jù)圖3-8 液晶顯示流程LCD1602顯示程序如下：SLEEP &= 0x04; while(!(SLEEP & 0x40);

38、/晶體振蕩器開啟且穩(wěn)定 CLKCON &= 0x47; /選擇1-32MHz 晶體振蕩器 SLEEP |= 0x04; P1SEL = 0x00; /P1.0 為普通 I/O 口 P0SEL = 0x00; P1DIR = 0xff;/P1.0 輸出 P0DIR = 0xff; lcd_init(); /液晶初始化 lcd_wcom(0x80); /顯示地址設(shè)為80H（即00H，）上排第一位 for(m=0;m16;m+) /將table中的數(shù)據(jù)依次寫入1602顯示 lcd_wdat(receiveBufferm); delay(5000); while(1); /動(dòng)態(tài)停機(jī)3.6 電源接口本文

39、使用5V的USB電源，可以直接給數(shù)字溫度計(jì)DS18B20和液晶顯示1602供電，但ZigBee芯片CC2430只需要3.3V的供電電壓，所以需要使用AMS1117將5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V，其電路原理圖如下圖3-9所示。圖3-9 5V轉(zhuǎn)3.3V電路圖3.7 軟件試驗(yàn)中注意的事項(xiàng) 在CC2530初始化設(shè)置時(shí)鐘時(shí)，執(zhí)行指令CLKCON &=0x47，從而CLKCON.OSC位置0，主時(shí)鐘振蕩器選擇32MHz的晶體振蕩器。又因?yàn)?個(gè)指令周期等于12個(gè)晶振周期,所以1個(gè)nop指令(即1個(gè)指令周期)的延時(shí)計(jì)算如下所示:T=1/32MHz*12=0.375us在程序的編寫中,尤其是數(shù)字溫度計(jì)DS18B20與

40、主機(jī)間的通信,有著非常嚴(yán)格的時(shí)間要求。所以要想實(shí)現(xiàn)接收模塊對(duì)溫度的準(zhǔn)確讀取，必需提供準(zhǔn)確的延時(shí)。鑒于這種情況我們編寫了一個(gè)以u(píng)s為單位的延時(shí)子程序,即:void Delay_nus(UINT16 s) /延時(shí)s微秒while (s-) asm(NOP); /執(zhí)行一次循環(huán)，大約延時(shí)1us asm(NOP); asm(NOP);4 開發(fā)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.1 開發(fā)環(huán)境IAR Embedded Workbench（簡(jiǎn)稱EW）的C/C+交叉編譯器和調(diào)試器是當(dāng)今世界最完整和最容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。EW對(duì)不同的微處理器提供了一樣直觀的用戶界面。EW包括嵌入式C/C+優(yōu)化編輯器、匯編器、連接定位器

41、、庫(kù)管理員、編輯器、項(xiàng)目管理器和C-SPY調(diào)試器。使用IAR的編譯器生成最優(yōu)化、最緊湊的代碼，從而節(jié)省硬件資源，最大限度地降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4-1 測(cè)溫發(fā)送部分如圖4-1所示溫度傳感器ds18b20通過(guò)CC2530芯片控制其時(shí)序來(lái)使DS18B20測(cè)溫，并通射頻電路把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。圖4-2溫度顯示模塊如圖4-2所示,用DS18B20測(cè)溫通過(guò)Zigbee技術(shù)傳輸顯示在屏幕上。5 總結(jié)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，我比較具體的學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，并且較為綜合的運(yùn)用以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)分析問(wèn)題，簡(jiǎn)化問(wèn)題，解決問(wèn)題。本人通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅了解到了關(guān)于ZigBee技術(shù)的相關(guān)知識(shí)和運(yùn)用集成了ZigBee通信協(xié)議的CC2530完成了數(shù)據(jù)短距離的無(wú)線通信和顯示等功能。還使我進(jìn)一步了解到了，一個(gè)項(xiàng)目的具體研發(fā)過(guò)程，擺脫了單純理論的學(xué)習(xí)狀態(tài)。本文論述了基于ZigBee的無(wú)線溫度傳感器設(shè)計(jì)，首先介紹了課題的背景與提出。其次，提出了總體設(shè)計(jì)方案，以