基于_zigbee_的无线测温实验
基于ZigBee的无线测温系统
摘要：
本实验采用TI公司的cc2430作为核心，利用了该芯片上丰富的资源，实现小车的zigbee无线控制和实时测量温度。Zigbee 是IEEE 802.15.4 协议的代名词，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。本实验中，打开 IAR 开发环境，打开程序工程，接上仿真器，并把仿真电缆连到 CC2430 模块上，把程序下载到两个模块上，两个模块之间通过 PC 机串口发送命令到另一个模块，另一个模块的 zigbee 放在小车上，可以驱动小车按照预定的轨迹前进，并实时测量温度值，显示到电脑界面上。
关键词：
无线通信，实时测量显示
目录
1 引言 (3)
2 功能概述及方案设定 (3)
2.1 功能概述 (3)
2.2 具体方案设定 (4)
2.2.1 小车控制模块设计 (5)
2.2.2 无线通信模块设计 (7)
2.2.3 测温模块设计 (12)
3 总结 (14)
1 引言
当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯,数字化信息,现代化显示设备等高新技术而建立的现代化智能,监
控等系统已经得到充分的发展与应用,智能通信也就应运而生。同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能通信能够完成考古发掘，海底揭密，宇宙探索等危险作业，以保证人身安全。
凭借参加本次课外实验机会，我们能够对嵌入式系统的开发有进一步的学习和理解。CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430包含一个DMA控制器，集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作，也集成了用于用户自定义应用的外设，CC2430内集成的其他外设有: 实时时钟；上电复位；8通道，8－14位ADC；可编程看门狗；两个可编程USART，用于主/从SPI或UART操作。为了更好的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了大多数对定时要求严格的一系列IEEE802.15.4 MAC协议，以减轻微控制器的负担。
我们的系统主要分为控制小车模块、无线通信模块、测温模块。前一模块主要是用到控制IO口和定时器，后一模块主要用到SPI总线和串口。
2 功能概述与方案设定
2.1 功能概述
我们设计的“基于ZigBee的无线小车测温系统”主要是让小车从预定的位置按一定路线行走，并实时测量温度，传输给电脑显示。系统主要分为控制小车模块、无线通信模块、测温模块。前一模块主要是用到控制IO口和定时器，后一模块主要用到SPI 总线和串口。另外，无线通信模块还具有自动组网的功能，在多台小车之间也可以通信，这样，多台小车就可以很大程度上提高工作效率。其效果图如下：
图2-1 通信示意图
2.2 具体方案设定
我们将系统分为小车控制模块、无线通信模块、测温模块这三个大模块。其中小车控制模块包括小车以及稳压电路设计模块；无线通信又包括小车这一端和与电脑相连的一端；测温模块主要用到了DS18B20及相应的外围电路设计。
图2-2 小车端系统框图
2.2.1 小车控制模块设计
稳压模块采用9V电池为直流电机供电，将9V电压降压、稳压到5V，为外围芯片供电，再降压稳压到3.3V给CC2430芯片供电，我们利用lm7805这块芯片将9V的电池降压到5V，LM117芯片将5v降压到3.3v。
图2-3 稳压模块1
图2-4 稳压模块2
电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。
小车控制模块是由专用芯片L298N来完成的，我们用四个IO口来控制小车的运动，其中两个IO口是产生PWM波，控制电机的速度；另外两个IO口又分成两组，分别控制两个电机的正反转，来实现小车的变速前进、转弯等动作。相应程序代码如下：
void t1init(void)
{
EA=1; //开总中断
T1IE=1; //开T1中断
OVFIM=1; //开T1溢出中断
T1CC0L=0xD4; //溢出值低8位 0x30d4=12500
T1CC0H=0x30; //溢出值高8位中断一次50ms
}
//t1计数中断子程序
HAL_ISR_FUNCTION(T1_ISR,T1_VECTOR)
{
EA=0; //关中断
m2--;
EA=1; //开中断
T1CTL &= ~0x10; //清中断标志
}
//向前和向后走时将距离转化为时间/////////////////////待调
uint8 zhuanhuan1(uint8 lt)
{ lt=lt*3;
return lt;
}
//向左和向右拐时将角度转化为时间、、、、、、待调
uint8 zhuanhuan2(uint8 jt)
{ jt=jt/9;
return jt;
}
2.2.2 无线通信模块设计
无线通信模块的作用非常重要，它为小车的行走指明了方向，也拓展了小车的其他功能。当小车行走时，每隔一定时间将数据譬如速度、温度信息传送给PC机，当小车行走到终点，小车该如何走呢？如果PC可以实时和小车通信，从而控制小车的行动，则小车就可以选择另外一条路进行探测了。我们的无线模块是Zigbee的，有了此无线通信模块，我们的小车系统就可以不是一辆小车而是多辆小车共同测量目标了。成品图如下：
图2-5 成品图1
图2-6 成品图2
硬件方面我们的射频芯片采用德州公司的CC2430芯片，用于数据的无线收发，它
有64字节RX和TX数据FIFO；SPI用于MCU与射频芯片CC2430之间的通信；直流电源
及电源保护电路是必不可少的部分；RS232串口及电平转换提供主芯片与PC机的接口。
CC2430的主要特性：
图2-7 CC2430芯片
工作频率： 2.4GHz―2.5GHz ISM 微波段
识别距离：有效识别距离可达1500m 环境温度：在-40℃-85℃
抗干扰性：使用频道隔离技术，多个设备互不干扰
通信接口： RS232/RS485/RJ45
电源： 5V/9V/12V-3A DC电源
无线通信模块主要由射频芯片CC2430构成，而我们采用的是它的典型电路，电路图如下：
图2-8 CC2430通信电路
它与CC2430的通信是通过SPI总线来实现的，它的接口主要有SI、SCLK、SO、GDO0、GDO2、CSn。其中SI、SCLK、SO即为利用SPI总线通信的几个接口，另外GDO0的作用是当接受到报文的时候由低置为高，GDO2的作用是当开始发送一个报文时由低置为高，这两个接口给MCU提示报文的接受与发送是否完成。CSn用来作片选。相应程序代码如下：
void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
//收到后回复提醒
uint8 i;
p1 = &pkt->cmd.Data[0];
for(i=2;i<=*p1;i++)
{
pkt->cmd.Data[i]=pkt->cmd.Data[i]-48;//将串口输入的字符型数据还原
}
p = &pkt->cmd.Data[1]; //数据处理
if(*p=='q'||*p=='h'||*p=='z'||*p=='y')//如果为路径数据，则存入lujing[]数组中
{ lujing[j++]=*p;
if(*p1==3)
*(p+1)=*(p+1)*10+*(p+2);
else if(*p1==4)
*(p+1)=*(p+1)*100+*(p+2)*10+*(p+3);
lujing[j++]=*(p+1);//jj;
shoudaotixing();
}
else if(*p=='k') //如果为开始信号，则小车开始读取lujing[]中的数据，并开始运行
{ lujing[j]=*p; //先将字符 k 存至lujing中
xiaocheyunxing();
j=0;
}
else if(*p=='w') //如果为开始传递温度的信号，则子节点开始向coordinator发送温度数据
{ kt=!kt;
shoudaotixing();
}
else if(*p=='d')
{ i=*(p+1);
zkb=dw[i];
shoudaotixing();
}
2.2.3 测温模块设计
DS18B20 是美国DALLAS 半导体公司继DS1820 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12 位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms 和750 ms 内完成9 位和12 位的数字量，并且从DS18B20 读出的信息或写入DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20 可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820 有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。此处可以直接和核心芯片相接测温。相应程序代码如下：
void read_data(void)
{
uint8 temh,teml;
init_1820(); //复位18b20
write_1820(0xcc); // 发出转换命令搜索器件
write_1820(0x44); //启动
Delay_nus(500);
init_1820();
write_1820(0xcc);
write_1820(0xbe);
teml=read_1820(); //读数据
temh=read_1820();
sensor_data_value[0]=teml;
sensor_data_value[1]=temh;
}
////////////处理数据部分/////////////////
uint16 DataChange(void)
{
uint8 temh,teml;
uint16 num;
read_data();
teml=sensor_data_value[0];
temh=sensor_data_value[1];
num= temh;//将两个字节整合到一个unsigned int中
num<<=8;
num |= teml;
num=num*0.0625*100;
return(num);//返回值
}
void wendushuzhi(void)
{
uint8 n;
unsigned int m=0;
unsigned int T;
init_1820();
while(m<20)
{Delay_nus(50000);
m++;
}
T=DataChange(); //读取温度值，是一个4位的十进制数，如：2345
temperature[0]=T/1000+48;
temperature[1]=T/100%10+48;
temperature[2]='.';
temperature[3]=T%100/10+48;
temperature[4]=T%10+48;
temperature[5]=' ';
temperature[6]='C';
for(n=7;n>0;n--)
{
temperature[n]=temperature[n-1]; }
temperature[0]=7;
}
ZIGBEE无线定位技术
ZIGBEE无线定位技术 大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间，需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换，或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。 当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时，就需要考虑到市场化解决方案(market solution)。这些具体的计算方法是：节点首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点，对节点位置进行计算，最后，再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算，并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。 这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有 限的节点数量，是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此，高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。 针对上述问题，CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。因此，网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外，由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增，因此，C C2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。 本文所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的，然
而，这些测量结果同样适用于基于IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。 定位引擎技术 定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(R SSI)，计算所需定位的位置。在不同的环境中，两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。例如，当两个射频之间有一位行人时，接收信号将会降低30dBm。为了补偿这种差异，以及出于对定位结果精确性的考虑，定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值，进行相关的定位计算。其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。 在RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点，而需要计算定位位置的节点称为待测节点。 要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。定位引擎根据接收到的X 和Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值，计算定位位置。 将定位技术纳入网络协议 一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点，以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多，ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。
基于ZigBee技术的RFID空间定位系统
中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)09-0102-04 基于ZigBee技术的RFID空间定位系统 房淑芬 (辽宁省铁岭师范高等专科学校,铁岭112001) 摘 要:通过ZigBee mote与RFID reader结合的方式应用随机数定位算法展示了一种低能耗的基于Zigbee技术的R FID空间定位系统,使得对佩带了Zigbee mote的人可以实时进行定位。在本系统中,通过使用基于取样的表示方法,定位算法能够表示任意分布。通过将系统实现的算法与算法原型比较,可以发现在Non-Line-Of-Sight(NLOS)场景下,本算法的定位错误(positioning er-r ors)有明显改进。 关键词:RFI D;ZigBee;空间定位算法 RFID space location system based on ZigBee technology FANG Shu-fen (Tieling Normal C ollege of Liaoning Province,Tieling112001,China) Abstract:This paper presented a low energy cost RFID space location system based on Zigbee technology by using the combination of ZigB ee mote and R FID reader,and random sa mpling algorithm,by which a person holding an Zigbee mote can be located in real time.In this system,by using the representation based on random sa mpling,the location algorithm can represent ar bitrar y distribution.According to the comparison of the algorithm implemented in this system and the prototype algorithm,we it is concluded that the location err ors in this algorithm have been distinctly impr oved under the scenario of Non-Line-Of-Sight(NL OS). Key words:RFID;ZigBee;space location algorithm 0 引言 移动计算设备、无线技术和Inter net的飞速发展,促使人们对位置感知的服务系统越来越感兴趣。在许多应用中,都需要知道一个物体的确切位置。其中,GPS[1]是最著名,也是应用最广泛的定位系统,它被用来对户外移动的物体进行定位。对于室内的定位机制,有红外线[2]、超声波[3]、RFID[4]等等。 上面介绍了三种基于网络的定位机制。它们的共同点是采用固定的接收装置来接收佩带在人或物体上的发射装置发出的信息并将这些信息通过有线网络转发到控制中心。这些机制经常在一些跟踪系统中被采用。 红外线机制为每一个物体附带一个标签,这些标签周期性地通过红外线发射器发射自己的唯一的ID,固定的接收装置接收这些信息并通过有线网络将这些信息传到控制中心,通过这种方式来实现对室内物体的识别、定位。但是,这种机制存在两个缺点,首先它要求发射装置跟接收装置之间的光线不能被阻隔,另外,它要求在一个建筑内布置一个有线的网络以进行数据的传输。 超声波机制与红外线机制的区别就是把红外线换成了超声波。但是,由于目前超声波装置结构比较复杂,使得它的成本过高,目前还很难让大多数用户接受。RFID定位的典型系统是LANDMARC(Location identification based on dynamic active RFID calibra-tion)[4],它使用tags和r eaders来实现定位。这一系统的精确度随着所部署的tag的密度的增加而增加。但是部署太多的ta g是不实际的。 收稿日期:2009-02-10 作者简介:房淑芬(1965-),女,副教授,本科,研究方向为电子测量技术。 — 102 —
基于Zigbee无线定位技术研究毕业论文
基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK
The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher：liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract： With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of positioning time, positioning accuracy as well as the complexity of the indoor environment conditions, well-positioning technology is still unable to be used in an encloseure space. The combination of ZigBee technology and localization is one of the key researches. This paper, aiming at ZigBee network, investigates the indoor wireless location techniques and implements a real-time localization system. This paper achieves a localization system. three parts are included. They are hardware platform, communication program of nodes and PC monitor software. The achievement of every part is clear introduced in this paper. The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 51 MCU, the localization nodes are designed and made. It includes RF module, auxiliary module and function indication circuits. In the end, practical test is implemented. This system is confirmed to be a
基于Zigbee无线定位技术研究
基于Zigbee无线定位技术研究
基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要： 随着现代通信技术和无线网络的快速发展，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室内无线定位技术，它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中，硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心，该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求，是一个低成本、易实现的系统。 关键词：ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK
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基于Zigbee的无线定位系统
创新创业训练计划 项目结题报告 项目编号： 项目名称：智能搜狗 项目级别： 项目负责人： 项目类型： 创新训练 创业训练 创业实践指导教师： 所在学部学院： 教务处制
大连理工大学大学生创新创业训练计划 项目原创性声明 本人郑重声明：所呈交的项目结题报告以及所完成的作品实物等相关成果，是本人和项目组其他成员独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 项目负责人签名： 年月日 项目指导教师审核签名： 年月日
智能搜狗Intelligent Searching
摘要 今年来，随着人们生活水平的提高，人们对日常生活中一些重要的物品或者是家里养的宠物等可移动事物的实时位置尤为关心，希望随时随地都能知道其具体方位，但是现有的GPS技术还未全面普及，价格依然很昂贵，所以，本项目着重研究利用低成本硬件设备实现实时定位的功能，将无线定位技术带入人们生活的方方面面。 通过前期的调查研究，我们发现现在市场上的定位装置价格普遍昂贵，而且功耗较高，本项目利用ZIGBEE模块的低成本、低功耗的特点很好的解决了这些问题。 关键词：无线定位；ZIGBEE
Abstract In recent years,with the development of people’s living standard,people place more attention on the real-time position of something important or mobilizable at home like pets,they want it to be capable that they can attain the specific position of the object at anytime and anywhere.But the GPS has not been popularized,and the price is still very high.Therefore,our project is to do some research to find how to achieve real-time positioning with low-cost hardware,and bring wireless positioning technology into people’s daily life. According to the early investigation,we found that the positioning devices in the market are generally very expensive and have high consumption of energy.Our project is to use the low-cost ZIGBEE module with low power consumption to solve these problems. Key Words：Wireless Positioning;ZIGBEE
无线定位技术对比RFID UWB ZIGBEE
RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传 递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。一般是基于RSSI来进行区域性感知，目前，RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。RFID系统的工作原理： RFID 读卡器 针对监狱系统的特殊情况，我们采用的RFID 阅读器的工作模式为“被动式”，正常工作时阅读器处于接收状态，实时接收电子标签发出的信号，并将接收到的数据转送到后台管理系统中。在可视环境下，最大识别距离（通讯距离）可以达到80米。在具体应用中与无源标签相比较，超长的识别距离具有非常大的优势。当用户对识别距离的长短有不同要求，或应用环境比较复杂时，可以通过设置阅读器上的衰减开关来调节并设定识别距离。 RFID 有源定位标签 采用“主动（active）方式“进行工作，主动发射信号给阅读器。 该方式工作时消耗的能量相对比较高，因此，我们在标签内部增加了高能电池，用来为标签提供能量。标准环境下，电池提供的能量可以保证标签连续工作1年左右。工作频率标签工作频率范围是2.4GHz ～ 2.485GHz，属于微波频段。目前，小功率设备可以自由使用该频段进行工作，不需要向管理部门申请和缴付任何费用。
超宽带(UWB)是射频应用技术领域的一项重大突破。Ubisense 公司利用该技术构建了革命性的实时定位系统(RTLS)，该系统能够在传统的挑战性应用环境中达到较高的定位精度，并具有很好的稳定性；而诸如RFID、WiFi等技术并不能完成该类应用。超带宽（UWB）是射频应用技术领域的一项重大突破，改系统能够在传统环境中达到较高的定位精度，并具有很好的稳定性，创造了RTLS领域的新格局。 1，UWB与其他定位技术的优势 射频技术发展趋势 以往基于场强信号和信号质量技术来定位的RFID,WIFI,ZIGBEE等传统定位技术，定位精度往往不能令人满意，UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白。 定位传感器 它包含一个天线阵列，以及UWB 信号接收器；可以通过检测定位标签发出的UWB 信号，来计算该标签的实际位置。在工作过程中，每个传感器独立测定UWB 信号的方向角和仰角(AOA)；而到达时间差信息(TDOA)则必须由一对传感器来测定，而且这两个传感器均部署了时间同步线；这种独特的AOA、TDOA相结合的测量技术，可以构建灵活而强大的定位系统。目前Ubisense 单个传感器能测得较为准确的标签位置；而通过两个传感器的接收信号能测定更为精密的3D 信息；传感器的这种特性大大降低了系统部署的硬件开销，显著改善了系统的稳定性与可靠性。 定位标签