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，使用自动化设备,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和使用,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波段使用对低成本，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使用的外设，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使用操作的带宽，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 功能概述和方案设定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和电脑相连的一端；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=12500T1CC0H=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和射频芯片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和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通信电路它和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提示报文的接受和发送是否完成。

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。

和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18b20write_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：2345temperature[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;}3 总结我们所完成的工作是对硬件的设计并作了些验证性试验，对于稳压模块，我们搭起了电路，但是效果不是很好，还有待改进；对于无线通信模块我们是用CC2430来实现通信的，效果不错，所以在我们的小车系统里，为节约成本，连接在PC端的射频模块我们就采用和CC2430连接，通过串口和PC机通信；对于小车控制模块，我们能够正常的控制小车的运动和转弯；对于软件部分，我们只是做了大概的设计，还有待我们具体设计。