基于ZigBee的无线数据采集系统
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经典文档 下载后可编辑复制 无线数据采集控制系统的设计 课 程 名 称 专业综合课程设计 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 学 生 专 业 班级 指 导 教 师 姓名 课程设计起止日期 2016.11.7-2016.12.1 经典文档 下载后可编辑复制 无线数据采集控制系统的设计 第1章 需求分析 1.1 课程设计题目 无线电子开关 1.2 课程设计任务及要求 无线电子开关的设计 PC端用java编写程序通过串口给CC2530模块A发送开关等指令，CC2530模块A通过射频模块将指令以无线方式发送给CC2530模块B，CC2530模块B根据指令开灯或关灯。 针对给定的任务，结合专业课程和专业知识完成系统的硬件或软件设计，对硬件设计：要求完成系统和接口设计，并能动手制作和调试，对测量结果进行分析处理。设计须提供实物成果。对软件设计：要求能够熟悉 软件工具，设计其算法或者是系统结构，实现该算法和软件，能够对其计算过程进行推导或者是说明软件系统结构，并能调试成功，对实验结果进行分析处理。 通过专业综合的课程设计，使学生能够综合掌握无线传感网技术、java语言程序设计、数据库等课程的专业知识, 要求学生经过课程设计的教学环节进一步理解无线传感器网络的结构和组成原理，掌握数据采集节点，无线传输，串口通信等模块的基本设计方法，完成系统应用程序的设计。 通过专业综合课程设计，提高学生电子信息系统综合设计能力。掌握电子信息系统的基本开发过程及应用方法。要求学生经过课程设计的教学环节进一步理解电子信息系统的设计方法，根据所选择的对象进行应用系统的硬件和软件设计，提高学生专业的综合素质及专业能力。 1.3 软硬件运行环境及开发工具 软件开发环境为eclipse+ IAR Embedded Workbench 硬件开发环境为CC2530 1.4主要芯片说明 CC2530是ZigBee无线数据传输其中的一个核心芯片，它能够以非常低的总材料成本建立强的网络节点。CC2530芯片有四种不同的闪存版本：分别具32/64/128/256KB 的闪存。CC2530芯片工作实具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。在业界内，CC2530结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈，提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。 CC2530芯片共包含了40个引脚，引脚的排布如图1所示：
图1：cc2530引脚图 经典文档 下载后可编辑复制 CC2530芯片模块大致可以分为三类：CPU和内存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块以及无线电相关的模块。 （1）CPU 和内存：CC253x芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。 （2）调试接口：执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。 （3）I/O控制器：负责所有通用I/O引脚。 （4）五通道DMA控制器：系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存储空间访问存储器，因此能够访问所有物理存储器。 （5）定时器1：是一个16位定时器，具有定时器PWM功能。。 （6）内置MAC定时器：是专门为支持IEEE 802.15.4，MAC或软件中其他时槽的协议设计。 （7）定时器3和定时器4：是8位定时器，具有定时器/计数器/PWM功能。 （8）睡眠定时器：是一个超低功耗的定时器，计算32kHz晶振或32 kHz RC振荡器的周期。 （9）看门狗：一个内置的看门狗，允许CC2530在固件挂起的情况下复位自身。 第2章 系统总体设计 2.1 系统组成方案 由eclipse编写上位机程序，TAR编写下位机程序，通过无线方式发送命令。 如图2
串口A
C
Blight1:1101light2:1011
图2 ：设计方案 2.2系统工作原理 上位机程序以轮询方式通过PC串口向ZigBee节点A发送命令light:1011，节点A通过无线方式向节点B转发命令light:1011，节点B接收到命令后点亮蓝灯，黄灯和绿灯（1点亮，0熄灭）。 上位机程序以轮询方式通过PC串口向ZigBee节点A发送命令light:1011，节点A通过无线方式向节点C转发命令light:1011，节点C接收到命令后点亮蓝灯，红灯和绿灯（1点亮，0熄灭）。 2.3系统构建 PC端用java编写程序通过串口给CC2530模块A发送开关等指令，CC2530模块A通过射频模块将指令以无线方式发送给CC2530模块B和模块C，CC2530模块B和模块C根据指令开灯或关灯。 经典文档 下载后可编辑复制 根据指令（light1或light2）第5位判断后缀为1或者为2，节点B和节点C分别依据指令开灯或者关灯 第3章 系统硬件设计 3.1 主模块电路设计 本系统采用TI公司生产的CC2530为核心器件。CC2530是一个真正的片上系统（SoC）解决方案，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，它结合了领先的RF收发器的优良性能、业界标准的增强型8051CPU、系统内可编程闪存、8KBRAM、A/D转换器以及许多其他强大的功能，并且其具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。围绕着CC2530芯片，系统大致可分为三大模块：CPU和内存相关的模块，外设、时钟和电源管理相关的模块以及无线电相关的模块。 3.2 显示模块电路设计 设计通过A发送的指令来控制4个LED灯的亮灭，LED模块电路及灯的引脚图，如图3、图4所示。
图3：LED模块电路
图4：LED灯对应引脚
若要点亮LED灯，CC2530的通用IO口需要配置三个寄存器：P1SEL,P1DIR,P1INP,P2INP 功能选择寄存器PxSEL，其中x为端口标号0~2，用来设置端口的每个引脚为通用I/O或外部设备I/O。默认为通用I/O。 方向寄存器PxDIR，其中x为端口标号0~2，用来设置端口的每个引脚为输入或输出。默认为输入。 输入模式寄存器P1INP，用来设置P1端口用作输入时为上拉、下拉模式或三态模式。默认为上、下拉模式。具体是上拉还是下拉，由P2INP来设置。 经典文档 下载后可编辑复制 输入模式寄存器P2INP，用来设置P0、P1、P2端口用作输入时为上拉、下拉模式。默认为上拉模式。 完整配置： • P1SEL&=~0x03;//P1_0、P1_1通用IO • P1DIR|=0x03;// P1_0、P1_1输出 • P1INP&=~0x03;// P1_0、P1_1上下拉 • P2INP&=~0x40;// P1上拉 简化配置： • P1DIR|=0x03;// P1_0、P1_1输出 3.3 通信模块电路设计 CC2530 是符合 802.15.4 标准的无线收发芯片，但是本设计并没有遵守 802.15.4 协议规则，在发送过程中忽略了网络 ID、源地址和目标地址等参数，在接收的过程中禁止了帧过滤。通过发送和接收过程的处理使得 CC2530 无线部分的使用尽可能的简单清晰，通过最少的代码说明问题。无线芯片的调试具有一定的难度，一般存在发送设备和接收设备。为了通过最简单的代码说明无线芯片的使用，只编写一个设备的代码同时实现发送和接收功能。设备代码的功能也相对简单，CC2530 从串口接收数据并把数据通过 RF 部分原分不动地发送出去，于此同时 CC2530 把从 RF 部分接收的数据原分不动的通过串口发送出去，通过这样的方式实现无线串口。发送的数据编号以及控制指令，来控制灯的亮度和开关。 串口数据属于“流”型数据包，RF 部分属于“帧”型数据包。在串口数据处理与分析中，一般采用特定的串口头和长度的方式解析数据，但是本文采用通过串口时间间隔的方式解析数据，这种方法等同于 modbus-RTU 串口数据处理的方法。通过这种检测字节数据时间间隔的方法使得 CC2530 的串口部分可以接收无特殊格式要求的数据，真正实现无线串口功能。 第4章 系统软件设计 4.1上位机程序设计 上位机程序通过两个类来实现，第一个SerialPort类用来实现控制程序面板，第二个DSerialPort类来实现串口通信。图5所示为Java的两个类：
图5：Java的两个类 SerialPort类中，通过网格布局管理器来实现面板的布局，设置各个标签以及文本框，复选框，组合框，窗口的大小位置以及标题等。 4个灯的设置大致相同，通过jcheckbox来表示灯选中以及未选中时的设置。 jlabel1=new JLabel("全 关1："); jcheckbox1=new JCheckBox("绿"); jcheckbox2=new JCheckBox("红"); jcheckbox3=new JCheckBox("黄"); jcheckbox4=new JCheckBox("蓝"); jlabel2=new JLabel("全 关2："); jcheckbox5=new JCheckBox("绿"); jcheckbox6=new JCheckBox("红"); jcheckbox7=new JCheckBox("黄"); jcheckbox8=new JCheckBox("蓝");
