基于Zigbee的无线温度采集系统设计Word格式文档下载.doc

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学号：

指导教师：

职称：

讲师

毕业时间：

二〇一三年六月

基于Zigbee的无线温度采集系统设计

摘要：

本设计为基于STC89C52利用ZigBee无线通讯技术完成的温度无线采集系统。

温度传感器采集来的数据，通过单片机做数据处理并利用ZigBee的无线发送模块，将温度信息发送出去。

经过ZigBee接收模块接收数据，再通过单片机做数据处理，将温度信息通过显示屏显示出来，从而完成温度的无线采集。

关键词：

ZigBee；

STC89C52；

无线温度采集；

WirelesstemperatureacquisitionsystembasedonZigBee

Abstract：

ThedesignfortheSTC89C52usingZigBeewirelesscommunicationtechnologytocompletethewirelesstemperatureacquisitionsystembasedon.Thedatacollectedbytemperaturesensor,andusesthewirelesstransmissionmoduleZigBeethroughthesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,thetemperatureinformationissentout.AftertheZigBeereceivingmodulereceivesthedata,anddataprocessingbytheMCU,thetemperatureinformationisdisplayedthroughthedisplayscreen,soastocompletethewirelessacquisitiontemperature.

KEYWORDS:

ZigBee；

wirelesstemperatureacquisition

目录

1概述 4

1.1选题背景 4

1.2选题研究的目的和意义 4

2方案选择 4

2.1传感器的选择 5

2.2主控部分的选择 5

2.3系统整体介绍 6

3系统的硬件设计 6

3.1传感器DS18B20温度传感器 6

3.2ZigBee协议 7

3.2.1ZigBee概述 7

3.2.2ZigBee网络基础 10

3.2.3工作模式 10

3.2.4ZigBee无线组网及数据通信 10

3.3CC2530芯片 11

3.3.1CC2530概述 11

3.3.2CC2530芯片的主要特点 12

3.4STC89C52单片机的介绍 12

3.512864液晶显示 15

4主程序的设计 15

4.1.系统测试 16

4.1.1系统测试步骤 16

4.1.2系统的硬件测试、协议栈的测试、液晶的测试 16

4.1.3系统测试结果分析 17

5总结 17

参考文献 18

致谢 19

III

1概述

1.1选题背景

温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。

伴随工业科技、农业科技的发展，温度测量需求越来越多，也越来越重要。

但是在一些特定环境温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。

这时就要采用无线方式对温度数据进行采集。

1.2选题研究的目的和意义

无线网络技术按照传输范围来划分，可分为无线广域网、无线城域网、无线局域网和无线个人域网。

无线个人域网即短距离无线网络，典型的短距离无线传输技术有：

蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、WiFi等。

在工业控制、家庭自动化和遥测遥感领域，蓝牙（Bluetooth）虽然成本较低，成熟度高，但是传输距离有限，仅为10米，可以参与组网的节点少。

WiFi虽然传输速度较快，传输距离达到100米，但是其价格偏高，功耗较大，组网能力较差。

相比之下ZigBee技术具有低成本、低功耗、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段等优势，广泛应用于智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用等领域。

2方案选择

温度检测系统有则共同的特点：

测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。

若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。

这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；

又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。

所以温度检测系统的设计的关键在于两部分：

温度传感器的选择和主控单元的设计。

温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。

2.1传感器的选择

方案一：

采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。

方案二：

采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590,LM35等。

但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。

另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。

即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案三：

采用数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。

在0～100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器STC89C52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。

这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大。

采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。

部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。

而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。

所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。

2.2主控部分的选择

采用STC89C52单片机实现。

单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。

而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

可以单独对多DS18B20控制工作，进行温度数据采集，组成温度测量的巡回检测系统，实现远程控制。

另外STC89C52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

使用MSP430作控制器，德州仪器（TI）的超低功率16位RISC混合信号处理器MSP430产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。

作为混合信号和数字技术的领导者，TI创新生产的MSP430，使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。

但在温度采集和实施控制这个重要的场合低功耗相对来说显得就不是那么重要了，而应该考虑它的稳定性、准确性，同时对比STC89C52能够在性能和资源都可以到达一个最佳的状态，可以避免用MSP430的不必要的资源浪费。

综上，我们传感器采用方案三，控制器采用方案一。

2.3系统整体介绍

本设计所实现的无线温度采集系统以STC89C52单片机为核心，通过温度传感器、单片机、Zigbee无线模块，完成对温度的采集与显示。

首先利用温度采集系统完成温度的采集，然后利用数据转换模块完成了I/O口数据与串口数据的转换，再通过无线发送与接收模块完成数据的无线发、收，最终通过温度显示模块完成了显示温度传感器所采集的温度值。

系统框图如下所示：

STC89C52单片机

DS18B20采集温度

ZigBee发送模块

STC98C52单片机

ZigBee接收模块

12864显示温度

图2-1温度采集系统框图

3系统的硬件设计

3.1传感器DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。

封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。

耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS18B20的主要特性：

1、适应电压范围更宽，电压范围：

3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；

2、独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；

3、DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；

4、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；

5、温范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±

0.5℃；

6、可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；

7、在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；

8、测量结果直接输出数字温度信号，以"

一线总线"

串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；

9、负压特性：

电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20引脚封装如下图

图3-1DS18B20引脚图

3.2ZigBee协议

3.2.1ZigBee概述

ZigBee一词来源于蜜蜂赖以生存的通信方式Zigzag形状的舞蹈，是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术。

ZigBee协议是基于IEEE802.15.4标准的，由IEEE802.15.4和ZigBee联盟共同制定。

IEEE802.15.4工作组制定ZigBee协议的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC层）协议。

ZigBee联盟成立用于2002年，定义了ZigBee协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范。

协议栈结构如图3-2