学位论文—基于zigbee无线网络抄表系统的数据采集与传输.doc

毕业设计（论文）毕业论文基于ZigBee无线网络抄表系统的数据采集与传输 1引 言1.1 无线抄表系统的发展现状与前景随着城市居民住宅建设日益发展，独立电能表数量迅速增多，抄表计量也日趋复杂。近年来用电形势越来越紧张，分时电价已势在必行。由于长距离室内外的布线存在着短路、断线隐患，错综复杂的线路使系统调试和维护困难重重，传统的远程集中抄表方式已不能满足电力公司日益增长的业务需求。采用 ZigBee技术可以很好地解决下段信道的供电效益问题，无线抄表技术能够更好地为广大用户提供服务。目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势。现有的电力线载波通信的抄表系统已经在不少地方有比较大规模的应用。但是由于有线抄表系统的速度慢，准确率比较低，加上我们国家的电网干扰比较厉害，严重时已经导致电表数据不能正常的抄回。抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高；抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据；基于以上原因，要求设计的自动无线远传抄表系统应该具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。1.2 zigbee概述 ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。IEEE802.15.4工作组定义了一种廉价的供固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了IEEE802.15.4作为其物理层和媒体接入层规范。在其基础之上，ZigBee联盟制定了数据链路层（DLL）、网络层（NWK）和应用编程接口（API）规范，并负责高层应用、测试和市场推广等方面的工作。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，每一个ZigBee网络数传模块在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信。每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个ZigBee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如，你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个ZigBee控制网络。ZigBee网络主要是为自动化控制数据传输而建立，每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以与监控对象，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料；除此之外，每一个ZigBee网络节点（FFD，Full Function Device）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD，Reduced Function Device）无线连接。2总体方案设计2.1 总体设计思想本课题是无线抄表系统的数据采集与传输，要实现数据的采集和无线传输并可在上位PC机上显示当前温度的高低。我们采用LM75温度传感器，由于采集到的数据是模拟信号，无法在上位机上直接显示，所以需要A/D转换电路。若另外设计A/D转换电路会复杂很多，于是我们采用STM32F103C8单片机上自带的A/D转换功能，减轻了设计复杂度。系统的无线传输部分选择的是ZigBee无线传输模块，由于该模块具有低功耗，成本低，时延短，网络容量大，安全等特点，所以选用该模块能可靠，有效地传输和保存数据，提高了系统的准确性和及时性。最后选择RS232接口以便于与上位机进行通讯。2.2 无线网络抄表系统整体框架该设计主要是由以基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103C8单片机为核心的三部分构成。数据采集部分由LM75温度传感器及相关电路构成，采集到数据后利用STM32F103C8单片机自有的A/D转换功能将采集到的模拟信号转换为可以显示的数字信号，然后将采集到的数据传送至STM32F103C8板A。无线传输部分由两块ZigBee模块构成无线传输网络将得到的数据信息由A板传至B板，收到信息后的的B板通过由RS232接口所构成的数据通讯部分将所得到的数据传至PC机，由无线QQ显示出来，利用相关程序使其不断循环该过程，从而达到信息的实时采集与传输。该系统总体框图如（图2-1）所示：图2-1无线抄表系统构架图2.3 zigbee无线传输模块总体设计 DRF 系列ZigBee 模块目前包括DRF1601，DRF1602，DRF1605 及相关配套底板，它是基于TI 公司CC2530F256芯片，运行ZigBee2007/PRO 协议的ZigBee 模块，它具有ZigBee 协议的全部特点，这有区别于其它种类的ZigBee模块（可能不是运行Full ZigBee2007 协议，因为ZigBee2007 协议的运行需要256K 的FLASH 空间）。自动组网，上电即用是DRF 系列ZigBee 模块的主要特点。针对目前产品开发进度要求紧，市场变化快的特点，DTK 推出了自动组网，上电即用的ZigBee 模块，用户不需要了解复杂的ZigBee 协议，所有的ZigBee 协议的处理部分，在ZigBee 模块内部自动完成，用户只需要通过串口传输数据即可，是目前市场上应用ZigBee 最简单的方式。其主要特点包括：DRF1600系列ZigBee模块可以形象的理解为“无线的RS232连接”，所以使用这个模块就像使用RS232电缆一样简单。简单易用：不用考虑ZigBee协议，串口数据透明传输；自动组网：所有的模块上电即自动组网，Coordinator自动给所有的节点分配地址，不需要用户手动分配地址，网络加入、应答等专业ZigBee组网流程；简单数据传输：1 串口数据透传：Coordinator从串口接收到的数据会自动发送给所有的节点，某个节点从串口接收到的数据，会自动发送给Coordinator。2 口即可在任意节点间进行数据传输，数据传输的格式为：0xFD（数据传输命令）+ 0x0A（数据长度） + 0x73 0x79（目标地址） + 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x10（数据，共0x0ABytes）；唯一IEEE 地址：DRF 系列模块采用的TI CC2530F256 芯片，出厂时已经自带IEEE 地址，用户无需另行购买IEEE 地址，IEEE 地址（MAC 地址）可作为ZigBee 模块的标识；在本设计中，我们采用的是基于cc2530为内芯的DRF1605模块，其可以方便的与任何带有串口的MCU相连接。3 ZigBee硬件电路的设计3.1 芯片cc2530简介ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系统解决方案，支持IEEE 802.15.4标准/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的应用。拥有庞大的快闪记忆体多达256个字节，CC2530是理想ZigBee专业应用。支持新RemoTI的ZigBee RF4CE ，这是业界首款符合ZigBee RF4CE兼容的协议栈，和更大内存大小将允许芯片无线下载，支持系统编程。此外，CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8 kB的RAM ，32/64/128/256 KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设。CC2530提供了101dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集 包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO，以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530还 可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI,Z-Stack, 或SimpliciTI）来简化开发，使你更快的获得市场。CC2530可以用于的应用包括远程控制、 消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。3.2 芯片cc2530电路图下图为cc2530的方框图。这些模块大致可以分为三类：CPU和内存相关模块；外设、时钟和电源相关的模块，以及无线电相关的模块。8051 CPUCOREMEMORYARBITERDEBUG INTERFACECLOCK MUX and CALIBRATIONRADIO DATA INTERFACEPOWER MANACEMENTCONTROLLER8-KB SRAM32/64/128/256-KBFLASHWATCHDOG TIMERSLEEP TIMERRADIO REGISTERS图3-1 CC2530方框图3.3 芯片cc2530的功能特性（1） 高性能和低功耗的8051微控制器核。（2） 集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机。（3） 优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。（4） 在休眠模式时仅1.0A的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统;在待机模式时少于0.4A的流耗，外部的中断能唤醒系统。（5） 硬件支持CSMA/CA功能。（6） 较宽的电压范围（2.03.6V）。（7） 数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。（8） 具有电池监测和温度感测功能。（9） 集成了12位模数转换的ADC。（10）集成AES安全协处理器。（11） 带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。（12） 强大和灵活的开发工具。 其相比于CC2430来说在实际应用的一些问题做了一些改进，缓存加大了，存储容量最大支持到256K，不用在为存储容量小而对代码进行限制，cc2530的通信距离可以达到400m，不用在用cc2430外放功率来扩展距离。3.4芯片cc2530的引脚及分布描述CC2530芯片采用6mm6mm QFN封装，共有40个引脚。全部引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚三类。(1) I/O端口线引脚功能CC2530有21个可编程的I/O口引脚，P0、P1口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。通过软件设定一组SFR寄存器的位和字节，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。I/O口有下面的关键特性：可设置为通常的I/O口，也可设置为外围I/O口使用。在输入时有上拉和下拉能力。全部21个数字I/O口引脚都具有响应外部的中断能力。如果需要外部设备，可对I/O口引脚产生中断，同时外部的中断事件也能被用来唤醒休眠模式。(2）电源线引脚功能：为芯片各个部分电路、模块提供电压。(3）控制线引脚功能：提供电阻、正负射频信号、为晶振提供信号。 cc2530引脚顶视 图3-2 cc2530引脚示意图3.4 DRF1605特性简介及电气参数DRF1065 ZigBee无线通讯模块具有自动组网，无线数据透传功能，ZigBee模块-DRF1605使用TI公司第三代 ZigBee芯片cc2530，运行 ZigBee 2007协议，是目前最好用的 ZigBee模块。 电气参数：输入电压：DC 3.3V 温度范围：-400C -850C串口速率：38400bps（默认），可设置9600bps, 19200bps, 38400bps, 115200bps。无线频率：2.4GHz 无线协议：ZigBee2007 /PRO传输距离：可视距离400 米 发射电流：34mA（最大）接收电流：25mA（最大） 低功耗模式：用户可定制低功耗模块（标准模块没有此功能） 接收灵敏度：-96DBm主芯片：CC2530F256，256KFLASH，TI 公司最新一代ZigBee SOC 芯片可配置节点：标准数传模块可配置为Coordinator，Router（出厂时已配好，用户无需更改）图3-3DRF1605元器件分布图3.42 机械参数（顶视图，单位：mm）图3-4 机械参数图3.43 内部结构及管脚定义 如下图所示：图3-5 DRF1605 外观图图3-6 J1与J2引脚示意图J 1J 21Debug_D1Reset_N2Debug_C2P0.03P1.73SW14P2.04RX5P1.55TX6P1.66CTS7P1.37RTS8P1.48P0.69LED_29P0.710P1.210LED_111NC11GND12NC123.3V In表3-1 DRF1605引脚定义DRF1605详细电路图见附录一。3.5 DRF1605与stm32开发板连接任何单片机，只要有串口（或者IO口模拟串口），都可以与DRF1605配合使用，通过串口收发数据及配置模块。下图为STM32F103C8的扩展串口：图3-7 STM32F103C8的扩展串口由上面我们所介绍的DRF1605的管脚定义，我们可以知道用扩展口的2或者4与DRF1605 J2中的第12引脚相连，即把传输模块接入了3.3V的电源；把扩展口的6或者8与DRF1605中的第11引脚相连，即接地。3.6 DRF1605与USB底板连接 1 实际上是一个USB转换口的电路，通过PC的USB口与DRF1605传输数据 2 可通过USB口取电对DRF1605供电，不需要额外的电源。 3 驱动程序可在DTK网站上下载或者搜需PL2303驱动。图3-8 J51扩展口电路图3-9 USB底板电路4 电路图绘制及PCB制板4.1 Protel 99SE简介Protel 99SE是ProklTechnology公司开发的基于Windows环境下的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和 元件库编辑器（Schematic Library）。Protel99 SE共分5个模块,分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB）,也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；* PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；4.2 PCB制版 在进行PCB制作之前，首先是要进行封装，封装形式是指安装元件用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护元件及增强电热性能等方面的作用，而且还通过元件上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其它器件相联接。衡量一个芯片封装技术重要指标之一，是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近越好。对于同一个元件来说，经常有不同的封装形式。只有尺寸正确的元件才能安装并焊接在电路板上。画好的元件封装应该尽量与实际元件的尺寸和大小相一致，这样才不会在布局的时候造成元件之间的干涉。封装图中焊盘之间的距离也要与实际的引脚的距离一致。大部分芯片相邻两个引脚之间距离为100mil。因此可以通过和芯片引脚距离的对比来确定其他元件的引脚距离。接下来要做的就是设计布局。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。本次电路板的元件布局大致做到了整齐、紧凑，且分布合理、均匀。Protel 99SE有自动布局和手动布局二种，本次设计我采用了手动布局来完成的。元件放置的顺序通常遵循一些规则：首先放置与结构紧密配合的固定位置的元器件，再放置元器件和大元器件。最后放置小元器件。接下一步是PCB的设计布线。Protel 99SE具有自动布线功能，考虑到自动布线无法完成复杂电路板的布线，所以本次设计中采用自动布线和手动布线相结合来完成的。印制电路板的元件布局和电气连线方向的正确结构设计是决定产品能否可靠工作的关键，对同一元件和参数的电路，由于元件布局设计和电气连线方向的不同而产生不同的结果。因而，必须把如何正确设计印刷电路板元件布局的结构和正确选择布线方向综合起来考虑，这样既可以消除因布线不当而产生的干扰，同时便于生产中的安装、调试与检修等。5 ZigBee无线传输模块软件的设计5.1 软件介绍5.2 ZigBee模块的网络介绍5.21Zigbee 网络的节点形态：Zigbee 网络具有三种网络形态节点：Coordinator（中心协调器），Router（路由器），End Device（终端节点）。Coordinator（中心协调器）：用来创建一个Zigbee 网络，当有节点加入时，分配地址给子节点，Coordinator 通常定义为不能掉电的设备，没有低功耗状态，适用模块DRF1601，DRF1602，DRF1605。每个Zigbee 网络需要且仅需要一个Coordinator，不同网络的PAN ID（网络ID 号）应该不一样，如果在同一空间存在二个Coordinator，如果它们初始的PAN ID 一样，则后上电的Coordinator 的PAN ID 会自动加一，以免引起PAN ID 冲突。Router（路由器）：Router 通常被称作为FFD （Full Function Device）（全功能节点），负责发资料包，寻找最适合的路由路径，当有节点加入时，可为节点分配地址，Router 通常定义为具有电源供电的设备，不能进入低功耗状态，适用模块DRF1601，DRF1602，DRF1605。每个Zigbee 网络可能需要多个Router，每个Router 可以收发数据也可以转发数据，当一个网络全部由Coordinator（1 个）及Router（多个）构成时，这个网络才是真正的MESH 网络（网状网），每个节点发送的数据全部是自动路由到达目标节点。当一个ZigBee 网络形成后（MESH 网络）：Router 获得的地址（Short Address）是不变的，可作为点对点数据传输的地址使用；即使Coordinator 掉电，Router 仍然在保持网络，所以Router 与Router 之间仍然能够通讯；即使Coordinator 掉电，当有新的节点加入时，仍然能够通过现有的Router 获得地址，加入网络。End Device（终端节点）：选择已经存在的Zigbee 网络加入，可以收发数据，但是不能转发数据，End Device 通常定义为电池供电设备，可周期性唤醒并执行设定的任务，具有低功耗特征：（1）每个Zigbee 网络可能需要多个End Device，End Device 通常在周期性醒来时，问自己的父节点是否有传输给自己的数据，并执行设定的任务，所以，End Device 通常适合接收少量的数据，周期性的发送数据。适用模块DRF1605（目前可为客户定制低功耗项目，没有标准模块供货）。（2）当一个Zigbee 网络非常大时，如超过300 个节点，小范围的Router 太多，可能引起数据的过分转发，此时，只有数据传输的节点可配置为End Device，并将End Device 的低功耗功能关掉，End Device也能够接收及发送较大的数据量（适合于DRF1601，DRF1602，DRF1605）。5.21 Zigbee MESH（网状网）的特点（1） 网络由1 个Coordinator 加n 个Router 组成。（2） 每个节点既能收发数据，也能充当路由，转发数据。（3） 网络内任意节点之间都能通讯，即使其它节点全部断电（包括Coordinator），这二个节点间也能通讯。（4） 网络内的每一个节点（Coordinator，Router）均具有网络保持功能，只要有一个节点是运行的，则新的节点可通过这个节点加入网络。（5） 节点加入后，自动获得Zigbee 网络分配的地址，并保持该地址不变。（6） 路由的计算是自动的，转发的数据并不依赖于是通过哪个节点加入网络。5.23Zigbee 网络的组网及网络测试构成Zigbee 网络的要素：1各节点使用相同的频率（出厂已设定）。2各节点使用同一PAN ID（出厂已设定为0x19 0x9B），如果要在相邻的空间组成不同的ZigBee 网络，可以设定二组节点的PAN ID 不同（通过串口设定）。为了可视ZigBee 模块的组网过程，DRF1601/1602/DRF1605 设定兼容TI 的Sensor Monitor 软件，可以通过TI 的Sensor Monitor 软件来监控及测试模块的网络连接。（1）打开TI Sensor Monitor 软件，将Coordinator 模块通过串口连接至PC，选取Coordinator 连接的串口号，并点击RUN 图标，运行，此时可以看到表示Coordinator 的图标变成红色，表示Coordinator 与PC 连接成功。（注意：TI Sensor Monitor 软件只支持串口的波特率为38400），见附录二图1。（2）将一个Router 模块上电，并按一下TEST 按钮，此时，Router 模块会发送一个模拟数据到Coordinator，Coordinator 会把这个数据通过串口发送到PC，并在TI Sensor Monitor 软件里显示出网络结构，见附录二图2。DRF1605 的TEST 按键是J2 的第3 脚（SW1），与地短接一下即可。（3）同理，将其它的Router 模块上电，则它们会自动寻找并加入这个网络，按下TEST 按键，组网后的结构，见附录二图3。（4）Coordinator 可直接绑定6 个Router，超出以后，其它的Router 通过前面的Router 继续加入网络，每个Router 可接受其它6 个Router 加入网络，并分配地址，见附录二图4。后加入网络的Router（或通过Router 加入网络）并不受前面Router 断电的影响，即使前面的Router 全部断电，这个Router 仍然保持地址，并能够与其它的节点继续通讯，当前面的Router 断电后，Router 能自动计算路由，保证数据的送达，见附录二图5。按下模块上的TEST 按键，模块会自动发送一串测试数据到Coordinator，Coordinator 通过串口传送至PC，在Sensor Monitor 软件里显示出该节点，该节点上有地址及数据传输的时间，见附录二图6。注意：End Device 在网络内的地址是随着路由关系的改变，地址会发生改变，而且，当End Device 找不到任何Router 或Coordinator 节点，则会不断寻找这些节点，并自动退出省电模式，见附录二图7。5.3 ZigBee 模块的数据传输DRF1600 系列Zigbee 模块数据传输功能非常简单易用，有二种数据传送方式：（1）数据透明传输方式：只要传送的第一个字节不是0xFE，0xFD 或 0xFC，则自动进入数据透明传输方式；Coordinator从串口接收到的数据，会自动发送给所有的节点；某个节点从串口接收到的数据，会自动发送到Coordinator。（2）点对点数据传输方式：Zigbee网络内的任意节点之间，可通过点对点传输指令，传送数据；指令格式：0xFD + 数据长度 + 目标地址 + 数据。在此我们采用的是数据的透明传输，其更为简便，并且可以很好的完成设计的任务。（数据透明传输是DRF1600系列模块的最重要功能）（1） 只要传送的第一个字节不是0xFE，0xFD 或 0xFC，则自动进入数据透明传输方式；（扩展：只要数据包的头与设置指令不一样，也会当成数据透明传输，但建议，用户将数据透明传输的数据包第一个字节设定为非FE，FD或FC，如A7）（2）Coordinator从串口接收到的数据，会自动发送给所有的节点；某个节点从串口接收到的数据，会自动发送到Coordinator；（3）任意一个节点与Coordinator之间，类似于电缆直接连接（大部分情况下，可用1个Coordinator，1个Router直接代替一条RS232电缆；（4），支持数据包变长（无需设置），最大不超过256字节/数据包，一般应用建议每个数据包32字节之内。数据透明传输的性能：数据传输方向数据包长度最快间隔RouterCoordinator16字节20 ms32字节20 ms64字节20 ms128字节50 ms256字节200 ms256字节不能传输CoordinatorRouter16字节100 ms32字节100 ms64字节100 ms128字节200 ms256字节500 ms256字节不能传输测试条件：1 室温，实验室条件2 模块间距离2米，信号良好3 串口波特率38400（最优选波特率）4 连续发送，接收100K字节，无误码，连续测试10次5测试软件，串口调试助手SSCOM3.2表5-1 透明传输性能随着模块之间的传输距离增加，传输速率会降低Coordinator 发送到Router 是广播方式发送，传输速率会比较慢。一般应用，建议每个数据包32 字节，间隔200-300ms 传输。5.4 传输模块模块的设置(以下数值全部为16􀀀进制格式)：序号指令功能返回需重启？1FC 02 91 01 XX XX XY（XY = 前6 个字节的和，保留低8位，下同）设定模块的PAN ID 为特定值XX XX1如果将模块的PAN ID 设定为FF FF：如果是Coordinator，重启后自动产生,一个新的PAN ID，如果是Router，重启后自动寻找新的网路加入不可以设定为FF FE。 2重设PAN ID 后（或同样的值重设后）,如果是Coordinator，会清除已加入网络的节点,如果是Router，清除已加入的网络，重新寻找并加入网络XX XX如：输入：FC 02 91 01 12 34 D6返回：12 34是2FC 00 91 02指令取消是3FC 00 91 03 A3 B3 XY读取模块的PAN ID 值模块的PAN ID 值1 如果Router 还没加入网络，读取的值为FF FE 2 Coordinator 读取为设定值否4FC 00 91 04 C4 D4 XY读取模块Short Address（模块在网络内的地址）1 如果模块还没有加入网络，读取的值为FF FE2 Coordinator 的地址永远是 00 00否5FC 00 91 05指令取消否6FC 01 91 06 XX F6 XY设置模块的串口波特率XX = 01：设定为9600XX = 02：设定为19200XX = 03：设定为38400XX = 04：设定为57600XX = 05：设定为11520000 00 09 06 00 0000 01 09 02 00 0000 03 08 04 00 0000 05 07 06 00 0001 01 05 02 00 00是7FC 00 91 07 97 A7 XY测试串口波特率正确，返回：01 02 03 04 05 错误,无返回否8 FC 00 91 08 A8 B8 XY读取模块的MAC 地址8 个字节的MAC 地址如：00 12 4B FF 56 78 FE FF否表5-2 传输模块的设置6.2 程序流程图程序流程图见图6-1所示：图6-1程序流程图 在主程序开始初始化了整个工程中用到的变量。然后程序调用了传感器程序，在传感器程序中首先进行了初始化I/O口，然后判断转换是否完成，如果转换完成则通过ZigBee传输模块进行透明数据传输；若未完成转换则清看门狗继续循环。6 设计成果及系统调试6.1 调试步骤本次调试的操作步骤分为两个部分：硬件的连接和软件的运行。步骤一：根据连接示意图连接硬件，并连接好下载线。 步骤二：打开电池盒电源。 步骤三：启动unSP IDE。打开实验总程序，编译、链接确认没有错误。如（图7-1）所示： 步骤四：下载程序代码到主控制板上。 步骤五：下载成功后会，在PC机A的无线QQ程序中新建聊天室后，PC机B 加入该聊天室，然后A机上任意输入数据发送到B机，在B机上便可显示当前的温度情况是高还是低，亮度情况是暗还是亮。图6-2 编译 连接6.2 系统调试设计做好的主控制板，首先要对硬件电路进行调试,确定硬件没有问题,以便后面如果调试出现问题, 可以先将硬件故障的可能性排除。在电路板中有许多的连接点和焊盘，我们先用万用表测试有没有短路、断路、虚焊等问题，在确定没有这些问题后，通过下载测试程序对电路的性能进行检测。在进行传感器模块测试时，利用了串口软件工具。由于没有将串口与上位机相连而造成无法在软件上显示接收和发送内容。当改正这一错误后，可以实现发送数据后可以收到传感器发来的信息，类似3C/3C/2B/2B等数据，此类数据经过计算后可得出当时的温度情况。最后将所有的程序都下载进入主板，级联好传感器模组、UART模组、ZigBee模组和STM32F103C8单片机成可以实现无线抄表系统数据采集和传输。6.3 设计成果串口调试软件sscom32比超级终端好用多了，可以收发串口数据，而且可以直接发送串口数据到串口。支持字符串和十六进制方式。1 打开串口调试软件，并且选择HEX发送，则以16进制显示仪表返回的数据，波特率选择为38400。图6-3串口调试软件窗口界面2 接好电路，打开串口，寻找适合的串口号，可得如下结果。图6-4 结果显示7 毕业设计体会本次设计以ZigBee CC2530芯片和STM32F103C8单片机与LM75温度传感器相通信实现ZigBee的无线传感器网络节点的组建。把低成本、低功耗的无线ZigBee技术应用于无线网络，实现了对环境温度的自动监测，提高了系统应用的灵活性，同时也减少了温度监测系统现场布线带来的各种问题。 ZigBee是一门新兴的技术，有着巨大的发展潜力。通过做设计期间的学习，我了解到ZigBee无线传感器网络应用市场潜力非常大，可以涉及到人们生活、工作、娱乐、研究等各个方面。以下就如何推广该技术应用提几点看法：（1）医疗领域在医院，ZigBee无线网络可以帮助医生及时准确地收集急诊病人的信息和检查结果，快速准确的作出诊断。戴有ZigBee终端的患者可以得到24小时的体温、脉搏监控；配有ZigBee终端的担架可以遥控电梯门的开关。在医院，时间就是生命，ZigBee网络可以帮助医生和患者争取每一秒的时间。（2）工业自动化领域在工业自动化领域，人们可以通过ZigBee网络实现厂房内不同区域温湿度的监控；及时得到机器运转状况的信息；结合RF标签，可以方便的统计库存量。（3）智能建筑领域通过建立完备的ZigBee网络，智能建筑可以感知随处可能发生的火灾隐患，及早提供相关信息；根据人员分布情况自动控制中央空调，实现能源的节约；及时掌握酒店客房内客人的出入信息，以便在突发事件时及时准确地发出通知。总之，通过这次毕业设计让我学会了很多新的概念，掌握了新的技术，也为以后的工作打下了基础。本设计由于能力有限尚有一些错误及许多不足之处，恳请各位批评指正。致 谢在整个设计过程中，我们遇到不少困难，像电子线路板的绘制，凌阳单片机如何使用，系统的调试等等。对我们来说简直是毫无头绪，在此期间，我的指导老师梁祥莹老师多次从繁忙的工作中抽出时间对我们进行指导。无论是硬件设计，还是系统设计包括代码实现，两位老师都给了我们很大的帮助。导师细心认真的帮我解决我设计过程中遇到的问题，指导老师工作认真，诲人不倦的治学态度使我受益匪浅。在此，特向他们表示衷心地感谢！同时还要感谢与我同在一个实验室做毕业设计的其他小组的同学,通过和他们的互相交流，相互取长补短,使我学到了很多不能在最短时间内可以学到的东西,在此对他们表示感谢!当然更离不开本组同学的大力合作，我们共同学习，一起讨论设计内容，共同进步。最后向审阅此文的教授、老师致以深切的谢意！参考文献1 李文仲 段朝玉，ZigBee无线网络技术入门实战 ，北京航空航天大学出版社2 阳宪惠 ，现线技术及其应用，清华大学出版社3 路德维格等编著，王子宇等译，射频电路设计:理论与应用，电子工业出版社4 董丽华，RFID技术与应用，电子工业出版社5 张肃文，高频电子线路，高等教育出版社 6 夏路易 石宗义，电路原理图与电路板设计教程，北京希望电子出版社7 马明建，数据采集与处理技术， 西安交通大学出版社 8 刘文林，组网工程，北京邮电大学出版社9黄智伟，无线数字收发电路设计，电子工业出版社10 周荷琴，吴秀清， 微机原理与接口技术，中国科技大学出版社11 凌志浩 周怡颁 郑丽国，ZigBee无线通信技术及其应用研究J，华东理工大学 学报: 自然科学版12 凌志