基于zigbee的温湿度传感器设计本科毕业设计

宁夏大学新华学院本科毕业设计

（2015届）

题目基于ZigBee的温湿度传感器设计

系别信息与计算机科学系

专业电气工程及其自动化

宁夏大学新华学院本科学位论文

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。大量传感器节点通过相互之间的分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。无线传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。随着传感器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛,无线传感器网络也被要求有更小功耗，更低成本，以及更方便使用的性能，在这种情况下，ZigBee技术应运而生。

ZigBee技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点，具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。

本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识和研究现状；然后深入分析了ZigBee协议，给出了各层的功能；之后，设计了ZigBee节点模块和温湿度传感模块，并在此硬件基础上设计了具有基本功能的ZigBee协议栈，同时提出了一种基于ZigBee的组网算法，通过扫描信道、建立网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层，实现了无线传感器组网功能；在此基础上本文设计一个小型的温度湿度监控网络系统；最后，对论文进行总结，提出今后的研究工作方向。

关键字：ZigBee；温湿度传感器；无线通信；无线温湿度传感器系统

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Abstract

Wireless sensor networks (Wireless Sensor Network, WSN) is composed of a large number of ubiquitous，tiny sensor nodes have the ability to communicate with the intensive computing laid in the monitored area unattended constituted able to complete the assigned tasks independently according to the environment "smart" autonomy and control network system. A large number of sensor nodes through the division of labor between them, real-time sensing, monitoring and gathering information on the distribution area of the object or the surrounding environment. Wireless sensor networks and traditional networks have distinct technical requirements , the former data-centric , the latter for the purpose of transferring data . With the gradual development of sensor network technology, its applications are increasingly widespread , wireless sensor networks are also required to have a smaller power consumption, cost, and performance is more convenient to use, in this case , ZigBee technology to be shipped born.

ZigBee technology is a short -range wireless two-way communication technology that has the protocol is simple , low power consumption, strong networking capabilities, network capacity, time is short , safe, reliable and low cost, with a path selection, automatic link networks and self-recovery capabilities. It is expected to be widely used in consumer electronic devices, intelligent home , industrial , medical equipment control , automation , and other fields of agriculture.

This paper introduces the basic knowledge and research of wireless sensor networks ; and in-depth analysis of the ZigBee protocol , given the function of each layer ; then designed ZigBee node module temperature and humidity sensor module , and is designed on the basis of this hardware the ZigBee protocol stack has the basic functions , while networking algorithm is proposed based on ZigBee , by scanning channel , networking and the establishment of three steps associated nodes to build a simple network layer , to achieve a wireless sensor network function ; on this basis, we design a small temperature and humidity monitoring network system ; Finally, the paper summarizes the proposed future research directions.

Key words:ZigBee;Wireless Temperature And Humidity Seneor System;Wireless Communica-

-tion

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目录

第1章绪论 (5)

1.1 引言 (5)

1.2 无线传感器网络的研究现状 (2)

1.2.1 国外现状 (2)

1.2.2 国内现状 (2)

1.3 无线传感器网络的特点 (2)

1.4 研究内容 (4)

1.5 论文结构 (5)

1.6 本章小结 (5)

第2章 ZigBee协议标准介绍 (6)

2.1 ZigBee技术概述 (6)

2.1.1 ZigBee主要特性 (6)

2.1.2 ZigBee网络拓扑结构 (6)

2.1.3 ZigBee网络工作模式 (7)

2.2 ZigBee协议架构 (8)

2.2.1 物理层（PHY） (9)

2.2.2 媒体访问控制层（MAC） (10)

2.2.3 网络层（NWK） (12)

2.2.4 ZigBee应用层 (14)

2.3 本章小结 (15)

第3章 ZigBee温湿度传感器硬件平台的设计 (16)

3.1 硬件设计 (16)

3.1.1 CC2530芯片介绍 (16)

3.1.2 射频模块电路 (19)

3.2 主控电路 (21)

3.2.1 串口通信电路 (21)

3.2.2 电源模块 (24)

3.2.3 存储模块 (25)

3.4 本章小结 (27)

第4章无线传感器网络通信系统的软件设计 (28)

4.1 系统总体构成 (28)

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4.2 进行开发的软件介绍 (28)

4.3 程序流程图 (28)

4.4 系统的实现 (30)

4.4.1 通过初始化、信道扫描等措施建立网络 (30)

4.4.2 传感器各节点加入网络 (30)

4.5 本章小结 (31)

第5章总结与展望 (32)

参考文献 (33)

致谢 (34)

附录 (35)

IV

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第1章绪论

1.1 引言

信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传输、处理和应用，信息化也成为了无水之源、无本之木。随着现代微电子技术、微电机系统MEMS （Micro-Electro-Mechanism System），片上系统SOC（System-On-Chip）、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅速发展，传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。无线传感器网络是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。无线传感器网络是一种特殊的Ad-Hoc网络，与传统的网络相比，它是一种以数据为中心的自组织无线网络。网络中的节点密集，数量巨大且部署在十分广泛的区域；网络拓扑结构动态变化，网络具有自组织和自调整的特点。网络节点具有成本低体积小、能量极其有限、计算能力、存储能力和通信能力有限的特点，其中节点的能耗是设计节点时考虑的最关键因素。长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth(蓝牙)出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。如今，这些业者都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体访问控制层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kbPs)、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高【1】。

ZigBee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“ZigBee联盟”，以研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。

到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有 150 家成员企业，并在迅速发展壮大。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering

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Systems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。所有这些公司都参加了负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802.15.4工作组。根据ZigBee联盟目前的设想，根据该标准和技术生产的相关产品主要适用于：智能家居（照明控制、各类窗帘控制、家庭安防、暖气控制、内置家居控制的机顶盒、万能遥控器）、环境检测与控制、自动读表系统、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、工业和楼宇自动化、安全监控、工业控制、传感器控制、停车计费数据传输等诸多领域。

1.2 无线传感器网络的研究现状

1.2.1 国外现状

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人们的生活和生产的各个领域带来深远的影响。各国都非常重视无线传感器网络的发展，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多个渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究，同时IEEE也正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，美国波士顿大学(Boston Unversity)最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium)，期望能促进学院和行业公司之间互相促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔、Inetco Systems Invensys、L-3Communications、Millennial Net，Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术。可以预计，无线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。

1.2.2 国内现状

我国现代意义的无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中，作为该领域提出的五个重大项目之一【2】。随着知识创新工程试点工作的深入，2001年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心，旨在引领中国科学院内部的相关工作，并通过该中心在无线传感网络的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，参加单位包括上海微系统所、声学所、微电子所、半导体所、电子所、软件所以及中科大等10多个研究所和院校，初步建立传感网络系统的研究平台，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统方面取得了很大的进展，2004年3月相关成果在北京进行了大规模外场演示，部分成果已在实际工程系统中使用。国内的许多高校也掀起了无线传感器网络研究热潮。无线传感器网络在民用方面，涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。国内从事无线传感器网络应用的大企业目前为数不多，小企业呈现蓬勃发展的势头。

1.3 无线传感器网络的特点

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无线传感器网络是由许许多多功能相同或不相同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集模块（传感器、A/D转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC/AC能量转换器）等组成；同时，无线传感器网络广泛应用于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间管理，以及机场、大型工业园区的安全检测等领域。无线传感器网络的组成及使用决定了它应该具备以下多项特点：（1）低功耗

无线传感器网络长期在无人值守的状态下工作，要求网络中节点的平均能耗比现有无线网络（如Bluetooth）中节点的能耗更低。在一些工业监控应用中，装备纽扣电池的传感器需要在无人值守的情况下工作几个月甚至几年。而在森林火灾监测等大范围的环境监测应用中，为大量的传感器节点频繁地更换电池是不现实的。这些典型的应用要求在无线传感器网络运行的过程中，每个节点都要最小化自身的能量消耗，获得最长的工作时间。

（2）低成本

无线传感器网络由成千上万的节点构成，单个节点的价格将极大地影响系统的成本。为了达到降低成本的目的，需要设计对计算和存储能力要求较低的简单的网络系统和通信协议。此外，降低系统成本的另一个重要因素是减少系统管理与维护的开销。无线传感器网络中节点规模很大，人工的管理与维护开销很大，因此需要无线传感器网络系统具有自配置、自修复的能力。自配置是指在没有人工干预的条件下，网络中的节点能够检测到其它节点的存在并共同组成一个具有一定功能和结构的网络系统。自修复是指在没有人为干预的条件下，系统能够检测到网络节点或通信链路的损坏并能够从错误状态中恢复。

（3）通用性

无线行李标牌、集装箱定位系统等无线传感器网络的许多应用需要系统能够在世界范围内正常工作。此外，为了扩大生产规模、开拓市场，一个能在全球范围内正常运转的系统也是必要的。尽管在理论上，我们可以通过为每个节点安装全球定位系统（GPS）接收器并根据地理位置信息来调整节点行为的方法解决这一问题，但接收器的成本很高，难以大量使用。因此，需要采用一种被各国政府允许的通用设计。

（4）网络拓扑

传统的星形结构包含一个主结点，一个或多个从节点。在通信时，主结点与从节点可以直接通信，从节点间的通信需要依靠主节点转发。星型结构适合在一些小规模网络中使用。在无线传感器网络系统中，节点规模很大，节点间以一种对等、多跳的方式通信，系统的动态性很强。需要设计一种适合无线传感器网络通信特点、低开销、便于维护的网络拓扑结构。

（5）安全

在一些应用中，网络的安全是必需的。无线传感器网络系统具有严格的资源限制，需要设计低开销的通信协议，但同时也会带来严重的安全问题。一方面，入侵者可以比较容

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易的进行服务拒绝攻击（Denial Of Service，DOS）；另一方面，无线传感器网络系统的资源严格受限以及节点间自组织协调工作的特点使其难以实现严密的安全防护。由于低成本的限制，一些无线传感器网络系统只能采用单频率通信机制【3】。入侵者通过频率扫描的手段可以很容易的捕获无线传感器网络的工作频率，通过在网络中植入伪装节点，采用各种手段发动攻击。为了保证任务的机密布置和任务执行结果的安全传递和融合，无线传感器网络需要实现一些最基本的安全机制：机密性、点到点的消息认证、数据完整性和新鲜性、认证广播和安全管理。

（6）实时性

实时性是需要协同工作的无线传感器网络系统的一个关键机制。如测量移动车辆速度需要计算不同传感器检测事件时间差，通过波束阵列确定声源位置节点间的时间同步。目前已提出了多个时间同步机制，其中RBS，TINY/MINI-SYNC和TPSN被认为是三个基本的同步机制。我们在考虑无线传感器网络的时间同步问题时，拟采用TPSN机制。TPSN采用层次结构实现整个网络节点的时间同步：所有节点按照层次结构进行逻辑分级，通过基于发送者-接收者的节点对方式，每个节点能够与上一级的某个节点进行同步，从而实现所有节点都与根节点的时间同步。

（7）智能性

无线传感器网络系统通过自组织的方式来完成用户指定的任务。系统需要感知环境变化，通过节点间的协同工作来产生需要的输出。由于在工作的过程中无需人为干预，因此，网络节点这种根据感知的信息协同工作的方式体现了系统的智能性。无线传感器网络系统的超大规模、资源严格受限和与物理世界密切相关等特点使其需要一种新的工作模式。在无线传感器网络系统中，单个节点并不重要，我们关心的是群体行为。用户需要知道当前地下室的平均温度而不是地下室某点的温度，并且不关心是哪个节点传回的信息，或者他需要知道当前地下室的温度是否超过了预警值。这些例子都说明无线传感器网络系统是以数据为中心的。由于与物理世界密切相关，其高出错频率、易受干扰和不确定的特点使传统的分布式系统解决方案无法适用，需要为其设计新的工作模式【4】。

1.4 研究内容

本文的设计目标是通过一个协调器和若干个路由器和终端节点,搭建一个蔟型的ZigBee网络，其中采用的ZigBee协议软件基于ZigBeeV1.0与IEEE802.15.4标准自行开发，达到测量环境温湿度的要求。本文的主要工作如下：

（1）分析IEEE802.15.4和ZigBee协议，理解ZigBee技术的特性和通信原理，详细分析ZigBee协议栈构架，并能设计编写具有基本组网，数据传输等功能的协议栈。

（2）根据节点的物理特性，选择合适的微处理器和无线传输芯片，组建无线传感器网络节点，包括电路连接，相应外围电路设计，射频电路设计,温湿度传感器节点的设计等。

（3）测温湿度软件、仿真过程的叙述及整个网络的测试，能完成预期设定的功能并

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能达到预定的性能指标。

1.5 论文结构

本文主要研究了无线传感网络的特点、结构，分析了ZigBee协议的架构，各层规范及数据格式，在此基础上使用CC2530微控制器以及温湿度传感器等外围模块搭建节点，设计与实现了在此硬件基础之上的ZigBee协议栈，并进行了相关的测试，各章安排如下：第一章（即本章）介绍了无线传感器网络的概念、特点、国内外发展概况。

第二章介绍了ZigBee协议的基本构架，分析了物理层、数据链路层、网络层及应用层的功能、规范、数据格式等。

第三章设计了网络系统的硬件平台，重点进行节点的硬件设计，包括器件的选择、节点的结构设计以及硬件电路设计。

第四章无线传感器网络通信系统的软件设计，实现了无线传感器网络系统的基本组网和数据采集以,包括程序的基本流程，所用函数的编写。

第五章对本文进行了总结。

1.6 本章小结

本章主要介绍了无线传感器网络的概念、特点、国内外发展概况、同时对本文将要采用的ZigBee技术做了简要介绍，然后对本文所做的研究工作和论文结构进行了介绍。

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第2章 ZigBee协议标准介绍

ZigBee技术是最近发展起来的一种近距离无线通信技术，以2.4Ghz为主要频段，采用扩频技术，具有低功耗、成本低、易应用等显著特点，ZigBee被业界认为是最有可能应用在智能家居、工业应用、智能交通、智能建筑、医院监护等领域的无线技术。

2.1 ZigBee技术概述

2.1.1 ZigBee主要特性

ZigBee显著的特点就是低速率、低功耗、低成本、自配置和灵活的网络拓扑结构。

（1）低功耗：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月、甚至更长。这是ZigBee的突出优势，相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。

（2）低成本：通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费，每块芯片的价格大约为2美元。

（3）低速率：ZigBee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps（915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。

（4）近距离：传输范围一般介于10～100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km，这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。

（5）短时延：ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、Wi-Fi需要3s。

（6）高容量：ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

（7）高安全：ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。

（8）免执照频段：采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段 2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。

2.1.2 ZigBee网络拓扑结构

ZigBee协议主要采用了二种组网方式：星状网和网状网，网络拓扑结构如图2-1所示：

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图2-1 ZigBee 二种拓扑结构

在星状网中，以PAN 协调器为中心，所有设备只能与中心设备PAN 协调器进行通信，终端设备之间的通信通过PAN 协调器的转发来完成，因此在星型网络的形成过程中，第一步就是建立PAN 协调器。任何一个FFD 设备都有成为PAN 协调器的可能，一个网络如何确定自己的PAN 协调器由上层协议决定。在这种网络中，PAN 协调器一般使用持续电力系统供电，而其他设备采用电池供电。星型网络适合家庭自动化、个人计算机的外设以及个人健康护理等小范围的室内应用。

在网状网中，无线传感器网络的网络拓扑结构中，最复杂的拓扑结构也是最终实现的目标是网状网络(MeshNetwork)。在这种结构中，节点与节点之间的结构是“Point.to.Point —to.Pint ”结构。这种结构无线网络连成一张网，网络非常健壮，伸缩性好，在个别链路和终端节点发生失效时，不会引起网络分立。可以同时通过多条路由通道传输数据，传输可靠性非常高。

在上述的网络拓扑结构中，网络的形成和维护都是通过设备之间的通信而自动实现，不需要人工来干预。

2.1.3 ZigBee 网络工作模式

ZigBee 网络的工作模式可以分为信标（Beacon ）和非信标(Non-Beacon)两种模式，信标模式实现了网络中所有设备的同步工作和同步休眠，以达到最大限度的功耗节省，而非信标模式则只允许终端设备进行周期性休眠，协调器和所有路由设备必须长期处于工作状态。

信标模式下，协调器负责以一定的间隔时间(一般在15ms ～4mins 之间)向网络广播信标帧，两个信标帧发送间隔之间有16个相同的时槽，这些时槽分为网络休眠区和网络活动区两个部分，消息只能在网络活动区的各时槽内发送。非信标模式下，ZigBee 标准采用父节点为终端设备子节点缓存数据，终端设备主动向其父节点提取数据的机制，实现终

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端设备的周期性(周期可设置)休眠。网络中所有父节点需为自己的终端设备子节点缓存数据帧，所有终端设备子节点的大多数时间都处于休眠模式,周期性的醒来与父节点握手以确认自己仍处于网络中，其从休眠模式转入数据传输模式一般只需要15ms【5】。

2.2 ZigBee协议架构

ZigBee的协议架构是建立在IEEE802.15.4标准基础之上的，IEEE802.15.4标准规定了ZigBee的物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）；ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范，ZigBee协议栈的结构如图2-2所示：

图2-2 ZigBee协议栈的体系结构模型图

ZigBee协议栈的每层为其上一层提供一套服务功能：数据实体提供数据传输服务，管理实体提供其他的服务。每个服务实体和上层之间的接口称作“服务访问点（SAP）”，通过SAP交换一组服务原语为上层提供相关的服务功能。

物理层提供两类服务：物理层数据服务和物理层管理服务。PHY层功包括无线收发信机的开启和关闭、能量检测（ED）、链路质量指示（LQI）、信道评估（CCA）和通过物理媒体收发数据包。

媒体访问控制层（MAC）层提供MAC层数据服务和MAC层管理服务，其主要功能包括采用CSMA/CA进行信道访问控制、信标帧发送、同步服务和提供MAC层可靠传输机制。

网络层提供设备加入/退出网络的机制、帧安全机制、路由发现以及维护机制。ZigBee 协调器的网络层还负责新网络并为新关联的设备分配地址。

ZigBee应用层包括应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象。APS子层负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并在绑定的设备之间传送消息。ZDO负责发现网络中的设备并明确其提供的应用服务。

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IEEE802.15.4标准是针对低速率无线个人区域网络(LR-WPAN)通讯制定的标准，定义了LR-WPAN 的PHY 层和MAC 层。在此基础上ZigBee 联盟定义的ZigBee 标准包括NWK 层，APL 层及SSP 层的标准。本小节主要分析PHY 层，MAC 层，NWK 层和APL 层的标准。

2.2.1 物理层（PHY ）

IEEE802.15.4物理层主要完成以下几项任务：开启和关闭无线收发信机、能量检测（ED ）、链路质量指示（LQI ）、信道评估（CCA ）和通过物理媒体收发数据包。

IEEE802.15.4物理层定义了868Mhz 、915Mhz 和2.4Ghz 三个频段。表2-1所示即为这三个频段上分别所采用的调制和扩频技术参数。

表2-1 IEEE802.15.4的扩频和调制参数

IEEE802.15.4物理层在三个频段上共划分了27个信道，信道编号为0～26。2450Mhz 频段上划分了16个信道，915Mhz 频段有10个信道，868Mhz 频段有1个信道，27个信道的中心频率和对应的信道编号定义如式（2.1）所示。

()()868.3,090621,1,2,,102405511,11,12,,26Mhz k Fc k Mhz k k Mhz k ?=??=+-=??????+-=?

????? (2.1)

式中k 指的是信道号，Fc 的单位为MHz 。

物理层通过射频固件和硬件提供MAC 层与物理无线信道之间的接口。从概念上说，物理层还应该包括物理层管理实体（PLME ），以提供调用物理层管理功能的管理服务接口；同时PLME 还负责维护物理层PAN 信息库（PHY PIB ）。物理层参考模型如图2-3所示。

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图2-3 物理层参考模型

其中，物理层数据服务访问节点PD-SAP支持在两个对等的MAC实体之间传输MAC协议数据单元（MPDU），物理层管理实体服务访问点PLME-SAP允许在MLME和PLME之间传送管理命令。

物理层协议数据单元（PPDU）由三部分组成：同步头（SHR）允许接收设备同步并锁定数据流；物理层帧头（PHR）包含的是帧长信息；有效载荷部分为PSDU，其格式如表2-2所示：

表2-2 PPDU格式

引导序列：收发信机用来获得码片和符号同步，它是32位长度的全0序列。

帧开始符（SFD）：表示引导序列的结束和数据帧的开始。

帧长字段：它用7位表示物理层有效载荷PSDU的长度。

PSDU 字段：可变长度的字段，它是物理层要发送的数据包（MPDU）。

2.2.2 媒体访问控制层（MAC）

MAC层位于NWK层和PHY层之间，主要负责以下几项任务：协调器产生网络信标、信标同步、支持PAN关联和解关联、CSMA-CA信道访问机制、处理和维护保证时隙（GTS）机制、在两个对等MAC实体间提供可靠链路。

MAC层提供了特定服务汇聚子层（SSCS）和物理层之间的接口。从概念上说，MAC层还包括MAC层管理实体（MLME），以提供调用MAC层管理功能的管理服务接口；同时，MLME 还负责维护MAC PAN信息库（MAC PIB）。MAC层通过MAC公共部分子层（MCPS）的数据SAP

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基于单片机的无线温湿度采集系统设计说明

毕业论文（设计）论文题目无线温湿度采集系统设计

二零一一年六月 目录 1 引言 (1) 2 设计要求 (1) 3 系统总体方案 (1) 4 采集模块硬件电路设计 (2) 4.1 电源模块设计 (2) 4.2S H T10温湿度传感器 (3) 4.3A T89S52芯片介绍 (4) 4.3.1 时钟电路 (4) 4.3.2 复位电路……………………………………………………………………… 5 4.4n R F905功能的实现 (5) 4.4.1n R F905的接口 (5) 4.4.2 nRF905的工作模式………………………………………………………… 6 4.4.3 器件配置 (7) 4.4.4n R F905供电电源 (8) 5 接收模块硬件电路设计 (8) 5.1n R F905的接收流程 (8) 5.2L C D1602液晶显示 (9) 6 软件设计………………………………………………………………………… 10 6.1 采集模块软件设计…………………………………………………………… 10 6.2 接收模块软件设计…………………………………………………………… 1 2 6.3 nRF905通过SPI口与单片机通讯 (13) 7 系统调试与性能分析…………………………………………………………… 1 4

结论 (15) 致谢 (15) 参考文献 (16) 附录A 发射模块电路图……………………………………………………………18附录B 接收模块电路图…………………………………………………………… 19 附录C n R F905原理图 (20) 附录D 实物图……………………………………………………………………… 2 1 无线温湿度采集系统设计 摘要：温湿度测量在工业生产中有着广泛的应用。通常，要实现温湿度测量和自动控制，监控室与现场之间必须敷设大量的电缆，这是一个麻烦的问题。本文提出采用无线温湿度测量的方案，不必敷设电缆，可以节省费用和时间。该采集系统是以AT89S52芯片为主要，利用数字式温湿度传感器SHT10进行收集，将收集数据传给单片机AT89S52，经过处理从无线发送模块nRF905发射出去，单片机通过模拟SPI口实现与nRF905之间的通信，因为nRF905兼具发射和接收功能，经过一定距离的通信，接受模块通过NRF905将数据传给 AT89S52，单片机经处理后，将数据传给显示屏LCD1602.完成无线数据采集与发送。 关键词：nRF905 AT89S52 AHT10

温湿度传感器_课程设计

等级: 湖南工程学院 课程设计 课程名称单片机原理与应用 课题名称环境温、湿度检测系统设计 专业自动化 班级1191 学号20 姓名 指导教师李晓秀王迎旭 2013年12月12日

湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称单片机原理与应用 课题环境温、湿度检测系统设计 专业班级自动化 学生姓名 学号2011 指导老师李晓秀 审批 任务书下达日期2013年12月1日任务完成日期2013年12月13日

主要设计条件 设计内容与设计要求 设计内容： 本课题要求以单片机为核心，采用温湿度传感器DHT11设计一个对环境温度湿度的检测系统，要求用按键控制系统选择分别对温度或湿度的测试、复位、清除功能，用四位LED数码管显示实时温度和温度。 设计要求： 1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计； 3）完成必要元器件选择； 4）系统软件设计及调试； 5）系统联调及操作说明 6）按规范要求写设计说明书

精彩文档

1、PC机及单片机调试软件； 2、开发板1块； 3、系统设计、调试所需的元器件 说明书格式 1.课程设计任务书 2.目录 3.总体方案确定 4.各单元硬件电路设计及计算方法 5.软件设计与说明（包括流程图） 6.调试结果与必要的调试说明 7.总结 8、参考文献 9、附录 附录A系统原理图 附录B程序清单 10、课程设计成绩评分表。 进度安排

设计时间分为二周 第一周 星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。 下午：借阅有关资料，总体方案讨论。 星期二、确定总体方案，学习与设计相关内容。 星期三、各部分方案设计，各部分设计。 星期四、设计及调试。 星期五、设计及调试。 星期六、设计及调试。 第二周 星期一：设计及调试。 星期二：设计及调试。 星期三：调试、写说明书。 星期四--星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。 星期五下午：答辩。 参考文献 [1]王迎旭等.单片机原理及及应用[M]机械工业出版社.2012年 [2]康华光等.模拟电子技术第五版[M]高等教育出版社2011年 [3]杜树春等.单片机C语言[M]北京航空航天大学出版社 目录

温度数据采集系统

第三章系统硬件设计 温度数据采集系统和接收显示硬件电路主要包含温度数据采集、发送、接收和显示等模块，温度数据采集采用数字式温度传感器DS18B20，数据的发送和接收采用无线数据收发模块PTR2000，整个系统采用单片机STC89C52进行各模块的协调控制，下面对各个模块进行介绍。 3.1 数字温度传感器DS18B20 3.1.1 DS18B20 的性能特点 DS18B20 是由DALLAS 半导体公司生产的单线型智能数字温度传感器，是新一代适配微处理器的智能温度传感器，广泛应用于工业、农业等领域，具有体积小、接口方便和传输距离远的特点，在一根通信线上可以挂很多个DS18B20，很方便。具有以下特点： （1）具有独特的1-Wire 接口，只需要一个端口引脚就可以进行通信； （2）具备多节点能力，能够简化分布式温度检测应用中的设计； （3）不需要外部元件； （4）可以直接从数据线供电，电源电压范围在3～5.5V； （5）在待机状态下可以不消耗电源电量； （6）测量温度范围在-55～+125℃； （7）在-10～+85℃时测量精度在±0.5℃； （8）可以用程序设定9～12 位分辨率； （9）用户可根据需要定义温度的上下限报警设置。 DS18B203 脚封装的管脚排列图如图3.1.1 所示。

图 3.1.1 DS18B20 管脚排列图 DS18B20 只有三个引脚。其中，引脚1 和3 分别是GND 和VDD，引脚2 是DQ 端，是用于数据信息的输入和输出。当给DS18B20 加电后，单片机可以通过DQ 端写入命令，并可以读出含有温度信息的数字量。在使用寄生电源情况下，可以向DS18B20 提供电源。 3.1.2 DS18B20 的内部结构 DS18B20的内部框图如图3.1.2所示。 图3.1.2 DS18B20的内部框图 DS18B20主要由64位ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL及暂存器四部分组成。64位ROM存储器具有独一无二的序列号，可以看作是该DS18B20的地址系列号，是在出厂前就被光刻好的。暂存器各字节具有不同的意义，0和1字节是用于存储温度传感器数字输出的温度寄存器；2字节和3字节分别是非易失性上限报警触发寄存器（TH）和下限报警触发寄存器（TL）；4字节的配置寄存器能够用来设置温度转换的精度； 5、6和7字节作为内部保留使用。DS18B20有两种供电方式，可以使用寄生电源供电，也可以使用外部电源。在使用寄生电源的时候，不用外部电源，而是在总线为高时由DQ端提供电源，同时向内部电容充电，以求在总线拉低时为DS18B20提供电量。上电后，DS18B20进入空闲状态；当MCU向DS18B20发出Convert T [44h]的命令后，DS18B20 向MCU传送转换状态，开始温度测量和A/D转换。温度数据以带符号位的补码形式存储在温度寄存器中，温度寄存器格式如图3.1.3所示。 图3.1.3 DS18B20温度寄存器格式 温度的正负值是由符号为来说明的，正为0，负为1。表3.1给出一部分数字数据与温度的对应关系。 表3.1 DS18B20温度与数据对应关系

传感器课程设计报告—小型气象监测系统

目录 摘要 (1) 一课程设计任务和功能要求 (1) 二设计应用背景 (1) 三系统分析 (1) 1．总体设计方案 (1) 2. 硬件设计 (2) … 3. 软件设计 (2) 4. 难点分析 (3) 四实施方案 (4) 1. 传感器模块设计 (4) 风速传感器模块 (4) 温度传感器模块 (5) 湿度传感器模块 (7) 2. 优缺点分析及成本 (9) > 五设计总结 (10) 六参考文献 (10) 七成员及分工情况 (10)

摘要 介绍一个小型多功能气象监测系统，该气象监测系统通过各类风速、风向、温度、湿度传感器将检测到的数据自动进行汇总分析并通过LCD显示。 关键词：风速风向传感器；单片机；温湿度传感器 一课程设计任务和功能要求 现通过传感器设计一款既能测量温湿度也可同时测量风速风向的设备，可服务于生产、生活的众多领域。 二设计应用背景 现在社会高度发达，气象状况变化万千，气象监测和灾害预警工程对于保障社会经济发展和人民生产生活有重要意义，气候状况对经济活动的影响也越累越显著，人们需要实时了解当前的气象状况。风速、风向以及温度湿度测量是气象监测的一项重要内容。 该气象监测系统通过各类风速风向温度湿度传感器将检测到的数据自动进行汇总分析，并传输到终端平台。可以达到无人监管，数据自动传输，更加省时省力方便快捷。 三系统分析 1．总体设计方案 小型自动气象站主要由三大功能模块组成，分别为主控模块、信号采集模块、显示模块。小型自动气象站的组成框图如图1所示

图1 小型气象系统框图 2. 硬件设计 小型多功能气象监测系统其工作原理如图2所示，它以C8051F020单片机为 核心，通过风速、温度、湿度传感器将检测到的数据进行汇总分析，单片机驱动LCD 显示屏将风速、温度、湿度显示出来，以便于气象分析人员分析气象数据得出当前的气象特征，进而对气象可能影响到的事物做出规划，起到预防作用，减少不必要的损失。 图2 硬件连接图 3. 软件设计 单片机软件设计程序主要包括里初始化程序；输出实时风力风向、温度湿度 温度传感器 数 据 风速传感器 湿度传感器 单片机 电源电路 按键控制 LCD 显示

基于单片机的温湿度计的设计说明

单片机课程设计 项目名称基于单片机的湿度显示器设计 专业班级通信092 学生 指导教师 2012年12月12日

摘要 温度和湿度是两个最基本的环境参数，人们生活与温湿度息息相关。在日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域，经常需要对环境温度和湿度进行测量和控制。准确测量温湿度在生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。因此，研究温湿度的测量方法和装置具有重要的意义。 随着科技的不断发展，单片机技术已经普及到我们的工作、生活、科研等各个领域。已经成为一种比较成熟的技术。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便等优点，目前已经渗透到我们工作和生活的方方面面。 本论文介绍了一种以AT89C51为主要控制器件，以DHT11为数字温度传感器的新型数字温湿度计。本设计主要包括硬件电路的设计和系统软件的设计。 关键词：温湿度传感器； LCD1602； AT89C51； DHT1 1；

Abstract Temperature and humidity are the two most basic environmental parameters, people's life is closely related with the temperature and humidity. In daily life, industry, medicine, environmental protection, chemical industry, petroleum and other fields, we often need to environment temperature and humidity measurement and control. Accurate measuring temperature and humidity in biological pharmacy, food processing, paper making industries is very important. Therefore, the study of the temperature and humidity measurement method and equipment has important significance. With the continuous development of science and technology, microcontroller technology has spread to our work, life, scientific research, and other fields. Has become a more mature technology. Due to the high level of integration SCM, strong function, high reliability, small volume, low power consumption, easy to use, etc., and has penetrated into our work and all aspects of life. This paper introduces a kind of AT89C51 as the main control device, in order to DHT11 digital temperature sensor for new digital temperature and humidity meter. This design mainly includes hardware circuit design and software design. Keywords:Temperature and humidity sensor; LCD1602; AT89C51; DHT1 1;

无线温度采集系统实现分析

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/8d13073965.html, 无线温度采集系统实现分析 作者：李佩张红李新娥 来源：《数字技术与应用》2012年第01期 摘要：介绍了一种以单片机为中心的无线数据采集方法和VB系统的计算机端的数据采集控制系统的实现过程。温度数据的无线传输模块采用Nordic公司的nRF905作为控制核心，实验开发板采用的是DD-900，PC通过VB的串口通信控件与无线模块进行通信，以达到实时数据采集的目的。 关键词：无线温度采集 VB DD-900 nRF905 中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0068-02 Abstract：Introduces a method of wireless tempreture acquisition by single-chip,and the achieve process of tempreture acquisition control system based on PC teminal by VB. Wireless transmisson unit adopt nRF905 produced by Nordic as control centre, and DD-900 as expriment unit.The communication between PC and wireless unit use Serial Interface communication control in VB,in order to achievement tempreture acquisition real-time. Key words：Wireless tempreture acquisition Visual Basic DD-900 nRF905 在生活中使用最多的温度参数被广泛地应用于科学研究和人们的日常生活等领域。针对恶劣环境的工业现场以及高科技的农业现场，布线困难，浪费资源，占用空间，可操作性差等问题做出的一个解决方案。该方案主要是利用51单片机采集实时外界的温度，利用无线传输实现在VB上位机显示温度采集的结果，并对数据进行相应的对比和处理。 1、无线温度采集系统设计 1.1 无线温度采集的原理 无线温度采集的原理如下：温度传感器将被测点的温度采集后输出的模拟信号逐步送往信号放大电路、低通滤波器以及A/D转换器（即信号调理电路），然后在单片机的控制下将 A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中，并通过芯片的调制处理后由芯片内部的天线发送到上位机，在上位机模块中，发送来的数据由单片机控制的无线收发芯片接收并解调，最后通过接口芯片发送到PC机中进行显示和处理。 1.2 无线温度采集系统方案

ARM温湿度传感器课程设计

目录 目录 (1) 第一章概述 (2) 1.1 设计题目 (2) 1.2 设计目的 (2) 1.3 设计器材 (2) 1.4 任务分析 (2) 第二章设计原理 (3) 2.1 嵌入式操作系统的概述 (3) 2.2设计原理 (3) 第三章系统设计 (5) 3.1 系统需求分析 (5) 3.2 硬件设计 (5) 3.3 软件设计 (6) 第四章详细设计 (8) 4.1主函数 (8) 4.3湿度的转化实现代码 (9) 4.4TFT屏幕显示设置 (9) 4.5 下载运行 (9) 总结 (10) 致谢 (11)

第一章概述 1.1 设计题目 在LPC2103开发板上，实现设定温度以及控制功能。 1.2 设计目的 1、本次课程设计的主要目的是实现温度的控制功能，锻炼学生的动手能力以及注重课外实践的培养，使得理论与实践相结合； 2、了解并掌握掌握相关专业课程知识和设计能力； 3、初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技术； 4、提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力； 5、加深对专业课的理解，强化学生的逻辑思维能力和动手能力，巩固良好的编程习惯，掌握工程软件设计的基本方法，为将来工作的学习打下坚实基础。 1.3 设计器材 本课程设计需要的硬件要求和软件配置具体要求如下： 硬件要求：一台PC机、LPC2103开发板一块； 软件配置：KEIL软件、J-Flash ARM，串口助手； 1.4 任务分析 有许多客观需求促进了ARM处理器的设计改进。首先，便携式的嵌入式系统往往需要电池供电，为降低功耗，ARM处理器已经被特殊设计成较小的核，从而延长了电池的使用时间。高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。由于成本问题和物理尺寸的限制，嵌入式系统的存储器是很有限的。所以，高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助的。 另外，嵌入式系统通常都是价格敏感的，因此，一般都使用速度不高，成本较低的存储器。ARM内核不是一个纯粹的RISC体系架构，这是为了使他能够更好的适应其主要应用领域——嵌入式系统。在某种意义上，甚至可以认为ARM内核的成功，正是因为它没有在RISC 的概念上沉入太深。 本系统的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法，并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下，由大到小，由粗到细的设计思想，按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分为若干功能模块设计和调试，然后全部连接起来统调。

温湿度传感器毕业大学论文

学号：2009012708 2013届本科生毕业论文（设计）题目：空气温湿度测量仪设计 学院(系)：机械与电子工程学院 专业年级：机械电子工程091 学生姓名：申士杰 指导教师：朱兆龙 合作指导教师： 完成日期： 2013年6月

空气温湿度测量仪设计 摘要 植物生长都需要适宜的环境条件，环境温湿度是最主要的环境因子之一。空气温湿度的测量对农业生产十分关键。通过比较多种温湿度测量方法，设计一种基于单片机的空气温湿度测试仪。本设计采用51单片机STC89C51为核心处理器，由空气温湿度传感器所测数据送入单片机，进行运算处理，最终在LCD016L上显示测量结果。系统基于模块化设计确定各模块单元，并选择相应的电子元器件，进而进行电路设计。系统硬件电路主要由单片机外围电路、传感器电路、电源电路、液晶显示电路等组成。在此基础上，设计系统软件；软件部分包括单片机外围模块、温湿度传感器模块、电源模块以及人机交互模块的程序设计。电路原理图在proteus软件进行仿真，仿真结果表明电路原理上可行。根据设计方案，空气温湿度测量仪可以具有读取方便，操作简单，测量精确的优点。 关键词:空气温湿度；液晶显示；STC89C51；SHT10

Design of Air temperature and humidity meter Abstract Temperature and humidity environment is the most important factor for that Plant growth requiring appropriate environmental conditions. The measurement of temperature and humidity is critical to agricultural production. Therefore, by comparing a variety of temperature and humidity measurement methods, design a microcontroller-based tester of temperature and humidity . This design uses 51 single core processor STC89C51 by air temperature and humidity sensors of the measured data into the microcontroller, operation processing, culminating in LCD016L display the measurement result . System is based on a design of modular to determine each module unit, and select the appropriate electronic components, and circuit design further. System hardware circuit by the MCU peripheral circuit, sensor circuit, power circuit, liquid crystal display circuit and other components .On this basis, design system software; software parts includes module of On this basis, design system software; software part includes control module, the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the module of human-machine interaction programming ,the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the module of human-machine interaction programming. Schematic circuit is simulation in the proteus, and simulation results show that schematic is viable. According to design, the measuring instrument of air temperature and humidity may have the advantages of easy operating, easy reading and having precise measurements. Keywords：temperature and humidity of air ; LCD; STC89C51;SHT10

基于单片机的温湿度采集管理系统

基于单片机的温湿度采集管理系统

目录 摘要 (1) 第1章绪论 (1) 1.1 系统开发背景 (1) 1.2 课题设计目的和意义 (2) 1.3 课题研究内容 (2) 第2章无线温湿度采集管理系统总体设计 (3) 2.1 系统的总体设计 (3) 2.2 系统设计的功能 (4) 第3章无线温湿度传输系统硬件设计 (4) 3.1 nRF905高频头通信模块 (5) 3.1.1 nRF905概述 (5) 3.1.2 nRF905无线模块硬件结构 (5) 3.1.3 nRF905天线 (6) 3.1.4 nRF905频率调制 (6) 3.1.5 nRF905输出频率 (6) 3.1.6 高频头输出接口电路 (7) 3.2 AT89S52单片机 (8) 3.2.1 单片机与nRF905通信 (9) 3.2.2 单片机与主机通信 (11) 3.2.3 单片机程序下载模块 (12)

3.3 DS18B20温度传感器 (12) 3.3.1 温度传感器概述 (12) 3.3.2 温度传感器构成及原理 (12) 3.3.3 温度传感器寄生电源 (13) 3.3.4 传感器温度测量 (14) 3.4 DHT11传感器 (14) 3.4.1 DHT11温湿度传感器概述 (14) 3.4.2DHT11构成及其工作原理 (15) 3.4.3 测量分辨率 (16) 3.5 系统电源模块 (16) 第4章无线温湿度传输系统软件(下位机)设计 (16) 4.1 无线温湿度传输系统软件总体设计 (17) 4.2 单片机串口通信 (18) 4.2.1 SBUF数据缓冲寄存器 (19) 4.2.2 SCON串行口控制寄存器 (19) 4.2.3 PCON特殊功能寄存器 (20) 4.2.4 串口通信波特率选择 (20) 4.2.5 IE中断允许控制寄存器 (21) 4.3 nRF905与单片机通信 (21) 4.3.1 nRF905的数据发送 (21) 4.3.2 nRF905的数据接收 (22) 4.3.3 掉电模式 (24)

无线温湿度采集系统设计说明

无线温湿度采集系统设计 作者：xx 指导老师：xx 农业大学工学院 xx级电子信息工程 230036 摘要：温湿度测量广泛应用于工农业领域，为了避免传统布线安装的测量不便，以及所引起的电磁干扰和信号衰减，达到对温湿度的精确测量,设计并实现了一种无线数据采集系统。该采集系统是以AT89S52单片机为核心，利用数字式温湿度传感器SHT10进行测量，将测量数据传送至单片机AT89S52，经过处理从无线发送模块nRF905发射出去，单片机通过模拟SPI口实现与nRF905之间的通信，因为nRF905兼具发射和接收功能，经过一定距离的传输，无线接收模块将接收到的数据送单片机串口，进行数据识别以及通过LCD1602显示温湿度，成功地实现了无线温湿度的数据采集。 关键词：nRF905 AT89S52 AHT10 1 引言 温度、湿度是工农业生产的主要环境参数，在工农业生产实践中占有重要地位，对其进行适时准确的测量具有重要意义。而传统的温湿度传感器需通过较复杂的电路才能将温度信号转化为数字信号，且远距离传输会引起较大的误差。本系统采用单总线数字温湿度传感器SHT10，直接将温湿度变为数字信号，配合单片机及无线通信模块nRF905进行无线数据传输，达到实时采集的目的。利用单片机对温、湿度控制具有控温、湿精度高、功能强、体积小、价格低，简单灵活等优点，很好的满足了工艺要求。本文介绍了利用AT89S52单片机进行温度和湿度检测的智能化方法。 2 设计要求 无线温度、湿度采集系统是家庭信息智能化的一个部分，也独立应用于农业大棚温湿度监控。传统的布线安装给使用带来很大不便，为了解决这一问题，本设计需要设计一款无线温湿度采集系统，通过无线的方式实现主机对各采样点的温度、湿度信息进行监控。 本设计是实现温度和湿度的测量和实时监控，通过单片机(AT89C52)直接连接SHT10，将测量得到的温度和湿度数据显示在液晶屏上。上位机的数据经过无线传输及显示后再被传输至接受端的89S52单片机中，然后再由单片机将数据转化为可以由液晶显示板1602显示的数据。 3 系统总体方案 无线温湿度采集系统是一种基于射频技术的无线湿温度检测装置。本系统由

温度传感器课程设计

: 温度传感器课程设计报告 专业：电气化 年级： 13-2 学院：机电院 { 姓名：崔海艳 学号：35 … ^ -- 目录

1 引言 (3) 2 设计要求 (3) 3 工作原理 (3) 4 方案设计 (4) … 5 单元电路的设计和元器件的选择 (6) 微控制器模块 (6) 温度采集模块 (7) 报警模块 (9) 温度显示模块 (9) 其它外围电路 (10) 6 电源模块 (12) 7 程序设计 (13) — 流程图 (13) 程序分析 (16) 8. 实例测试 (18) 总结 (18) 参考文献 (19) \

。 1 引言 传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式，但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测 2 设计要求

温湿度传感器的毕业设计说明

1. 引言 1.1 温室控制系统设计背景 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚的温度和湿度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚温度、湿度，使大棚形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节[1]。 影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤等。所有这些环境条件之间是相互作用、相互联系、相互耦合的，某个控制变量发生改变，会影响其它控制变量的变化。作物的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果。温度和湿度一直是人类关注的对象，这两种环境因素时刻影响着人们的生产和生活，下面主要就温度和湿度对作物的影响进行简略说明。

湿度传感器课程设计报告书

第一章湿度传感器的功能及其原理 湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。可见，湿度测量在各个行业都是至关重要的。 在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。 测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。 应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。

第二章课程设计的要求及技术指标 2.1课程设计的要求 1.根据设计要求，查阅参考资料。 2.进行方案设计及可行性论证。 3.确定设计方案，画出电路原理框图。 4.设计每一部分电路，计算器件参数。 5.总结撰写课程设计报告。 2.2 课程设计的技术指标 1.湿度测量围：0％～100％RH； 2.使用环境温度围：0～85℃； 3.输出电压：0～10V； 4.非线性误差：±0.5％。

温度数据采集系统

第三章 系统硬件设计温度数据采集系统和接收显示硬件电路主要包含温度数据采集、发送、接收和显示等模块，温度数据采集采用数字式温度传感器 DS18B20，数据的发送和接收采用无线数据收 发模块PTR2000，整个系统采用单片机STC89C52进行各模块的协调控制，下面对各个模块进行介绍。 3.1 数字温度传感器DS18B20 3.1.1 DS18B20 的性能特点 DS18B20 是由 DALLAS 半导体公司生产的单线型智能数字温度传感器，是新一代适配微处理器的智能温度传感器，广泛应用于工业、农业等领域，具有体积小、接口方便和传输距离远的特点，在一根通信线上可以挂很多个 DS18B20，很方便。具有以下特点：（1）具有独特的 1-Wire 接口，只需要一个端口引脚就可以进行通信；（2）具备多节点能力，能够简化分布式温度检测应用中的设计；（3）不需要外部元件； （4）可以直接从数据线供电，电源电压范围在 3～5.5V ；（5）在待机状态下可以不消耗电源电量；（6）测量温度范围在-55～+125℃；（7）在-10～+85℃时测量精度在±0.5℃；（8）可以用程序设定 9～12 位分辨率；（9）用户可根据需要定义温度的上下限报警设置。DS18B203 脚封装的管脚排列图如图 3.1.1 所示。、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

基于ZigBee的无线温湿度采集系统

基于ZigBee的无线温湿度采集系统 摘要：针对传统温湿度检测存在的问题，结合无线传感器网络技术，本文提出一种基于ZigBee 技术的无线温湿度采集系统的设计方法。设计采用CC2530 射频芯片及SHT11 数字温湿度传感器，在ZigBee 协议栈的基础上进行应用开发。阐述了ZigBee技术，系统组成及工作原理，系统软硬件设计等内容，并通过实验测试表明,该无线温湿度采集系统能够稳定可靠的运行,并且具有组网简单、功耗低，成本低等优点，具有十分好的实用价值和经济效益。 关键字：ZigBee，温湿度，CC2530，协议栈 Wireless temperature and humidity acquisition system based on ZigBee technology Abstract: According to the problems existing in temperature and humidity detecting of traditional ways,combining with wireless sensor network technology , this paper puts forward a new design of temperature and humidity acquisition system based on ZigBee technology. The design was carried out based on the ZigBee protocol, adopting CC2530 RF chip and digital humidity and temperature sensor SHT11. Paper introduces ZigBee technology, the overall design of the system, hardware and software design of the nodes and so forth. Finally, the experimental tests have proved that the wireless temperature and humidity acquisition system was stable and credible , with the advantages of simple networking , low cost and low power, and it has a very good practical value and economic benefits . Keywords: ZigBee, Temperature and humidity, CC2530, Protocol

嵌入式课程设计温度传感器-课程设计

嵌入式系统原理与应用 课程设计 —基于ARM9的温度传感器 学号：2012180401** 班级：**************1班 姓名：李* 指导教师：邱*

课程设计任务书 班级: ************* 姓名：***** 设计周数: 1 学分: 2 指导教师: 邱选兵 设计题目: 基于ARM9的温度传感器 设计目的及要求: 目的： 1.熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理。 2.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊 接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。 3.熟悉印制电路板设计的步骤和方法，熟悉手工制作印制电板的工艺流程，能 够根据电路原理图，元器件实物设计并制作印制电路板。 4.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的 电子器件图书。 5.能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字 万用表。 6.掌握和运用单片机的基本内部结构、功能部件、接口技术以及应用技术。 7.各种外围器件和传感器的应用； 8.了解电子产品的焊接、调试与维修方法。 要求： 1.学生都掌握、单片机的内部结构、功能部件，接口技术等技能； 2.根据题目进行调研，确定实施方案，购买元件，并绘制原理图，焊接电路板， 调试程序； 3.焊接和写汇编程序及调试，提交课程设计系统（包括硬件和软件）；. 4.完成课程设计报告 设计内容和方法:使用温度传感器PT1000，直接感应外部的温度变化。使用恒流源电路，保证通过PT1000的电流相等，根据PT1000的工作原理与对应关系，得到温度与电阻的关系，将得到的电压放大20倍。结合ARM9与LCD，将得到的参量显示在液晶屏上。