无线温度测量系统设计

题目无线温度测量系统设计专业通信工程作者姓名程丰收学号2011201827单位理工学院指导教师黄慧2015年6月教务处编原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名：日期：指导教师签名:日期：１绪论...................................错误!未定义书签。1.1摘要.................................................２1.2选题依据和意义..........................................31.3无线传感器网络技术研究背景及意义................................41.4无线传感器网络技术简介..........................................51.5未来前景展望....................................................62ZigBee协议简介.........................................72.1ZigBee的概述............................................82.2ZigBee的网络基础.........................................92.2.1网络节点类型.......................................102.2.2网络拓扑形式........................................112.3ZigBee的工作模式........................................123核心板介绍............................................133.1CC2530核心板..................................................143.2CC2530引脚描述.........................................113.3温度传感器介绍..........................................163.3.1DS18B20温度传感器特性................................123.3.2DS18B20管脚介绍.....................................184系统总体设计..........................................194.1温度采集模块...........................................204.2微控制模块..............................错误!未定义书签。4.3无线通信模块............................错误!未定义书签。5系统软件设计.............................................16总结.....................................错误!未定义书签。参考文献...............................................18致谢无线测温系统设计1.1摘要无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络本设计为了满足对环境温度的检测，进而设计了一种基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线自组网络。本设计采用这种方式是因为操作简单方便，兼容性比较强等优点，能够满足我们对于环境温度测量的需求。本系统的核心芯片为ｃｃ２５３０，温度传感器采用的是ＤＳ１８Ｂ２０，本设计是无线温度测量采用无线组网。实验中表明，在温度测量过程中，本系统具有灵活组网，测量精确稳定等优点。关键词：CC2530无线射频芯片；温度监测；ZigBee技术；DS18B20温度传感器WirelessTemperatureMeasurementSystemDesignABSTRACTWirelesssensornetwork(WSN)isakindofdistributedsensornetwork,itsendingiscansenseandcheckthesensoroftheoutsideworld.SensorwaythroughwirelesscommunicationoftheWSN,theflexiblenetworkSettings,equipmentlocationcanchangeatanytime,canalsowiththeInternetconnectioncableorwirelessway.Throughwirelesscommunicationmodetoformamultiplehopsself-organizingnetworkThisdesigninordertomeettheenvironmentaltemperaturedetection,anddesignedakindofwirelessADhocnetworkbasedonZigBeetechnology.ThisdesignUSESthisapproachbecause,simpleandconvenientoperation,compatibilityisstronger,abletomeetourdemandfortemperaturemeasurement.Thecorechipofthissystemforcc2530,temperaturesensorUSESDS18B20,thisdesigniswirelesstemperaturemeasurementusingwirelessnetwork.Experimentsshowthatintheprocessoftemperaturemeasurement,thissystemwithflexiblenetworking,stablemeasurementprecision,etc.process,thesystemcanflexiblenetwork．Keywords:CC2530；temperaturemonitoring；ZigBee；DS18B201.2选题依据和意义根据现在当前通信领域的发展趋势看无线将会逐步取代有线，使用简单快捷的方式传递讯息是通信工程的一个重要的发展目标。基于这种发展背景，无线传感器网络不断的丰富了我们的生活。无线网络协议呈现多元化的是伴随着无线网络传感技术的发展，无线局域网、蓝牙技术、无线保真、超宽带以及Zigbee技术等热点技术继出现，都有着各自的技术特点和应用市场。而ZigBee技术有很多优点比如近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率等，在自动控制和远程控制领域有很好的应用，和许多设备的兼容性也很好。简而言之，ZigBee就是一种非常低廉的，功耗非常小的的近距离无线组网通讯技术。随着现代工业自动化技术的不断进步，ZigBee无线通信技术的发展也日趋成熟，它被广泛应用在无线传感器网络测量、工农、交通、家居等越来越广泛的领域。ZigBee无线通信技术的功耗小、距离近、成本低、布网简易等特点十分适合于要求自动不间断采集数据、局域分布测量、联网数据处理等测量场合。在日益追求讯息通信和交换的实时，简单，耗能低，传输可靠的信息技术发展方向上，研究Zigbee技术在无线传感器网络上的应用十分有必要。另外，我们大学生在校园中更多的是学习理论知识，参加应用实践的的机会比较少，选择ZigBee这种无线组网方式为研究对象是很合理的选择。一方面是这种技术的实用性比较强，会得到很好的锻炼，另一方面也不会流于表面。1.3无线传感器网络技术研究背景及意义21世纪以来，全球各种技术的发展呈现了一种井喷模式，各种技术的发展正在改变着我们的生活以及理解世界的方式，网络技术成为了各种发明和各种服务的源泉，而且更多的改变正在蓄势待发，就像望远镜让我们能够感受宇宙，显微镜能够让我们观测微生物一样。引导人们生活、工作和思维大变革的网络多是采用有线进行的，各种总线技术，局域网技术等有线网络传输质量可以得到很好的保障，随着网络技术的发展以及越来越多的应用在日常生活和经济生活中，网络的安全性也日益得到人们的关注。有线传输是在网线之间发生的，这样就决定其安全性能是相对高很多的，监听难度增加了许多。但无线数据传输有很多方面是有线不能比的，那就是无线有很高的移动性和灵活性。在移动性方面有线通信显然落在了下风，例如布线繁琐、线路故障难以判定、设备更改布局就要更改布线等这些有线网络先天带有的缺点却愈发地明显，有线通信在这些方面不如无线通信优势明显。这也是有线通信无论如何也比不上的优势，那就是无线通信具有极高的移动性和灵活性。同时，随着近年来集成电路技术、射频技术的发展，无线通信功能的实现变得越来越简单可行，数据传输效率和可靠性都有了很大的提高，体现出了巨大的发展市场。在人们追求更高生活质量的今天，人们把目光转向了无线通信上面，一些典型的无线应用产品顺势而生，如：无线智能家电，无线查表，无线点餐，无线数据采集归类，无线设备监控，汽车仪表数据的无线读取等。人们享受无线信息传输系统带来的便利的同时，又同时针对发展的新的需求而不断探索。1.4无线传感器网络技术简介传感器网络系统一般包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。大量节点都是随机部署在监测区域的，有的是监测区域的内部，有的则是分布在监测区域的附近，网络的形成采用自组织的形式是比较常见的。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据有被多个节点处理的可能性，在经过多跳之后路由到汇聚节点，最终通过因特网或者卫星能够到达管理节点。传感器节点可以分为四个部分：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块，负责监测区域内信息的采集和数据转换是在传感器模块；负责控制整个传感器节点的操作是在处理器模块，处理器模块的主要功能是存储和处理数据，有些数据是别的节点发过来的；无线通信模块的功能是与其它节点进行无线通信的，还有交换控制信息和收发采集数据等；能量供应模块提的功能是为传感器节点供所需运用到能量。协议栈还包括三个平台：能量管理、移动管理和任务管理。这些管理平台可以让传感器节点效的方式协同工作，节省能源。转发数据是在节点移动的传感器网络中进行的，另外还提供多任务和资源共享的作用。无线自组网中的节点上是有很多的，有时几十个的，有的时候根据需要也可以达到上百的。无线自组网顾名思义肯定采用的是无线通信方式，还采用动态组网的多跳的移动性对等网络。这样可以满足具有服务质量要求的多媒体信息流通过动态路由和移动管理技术传输。一般情况下是不需要考虑能量问题的，因为节点是可以提供能量的。传感器网络和无线自组网有很多相似的地方，但两者之间的差别也是巨大的。传感器网络节点数目相对无线自组网来说是更为庞大的，是监测、控制以及无线通信为一体的网络系统；节点容易受到环境的影响，能量耗尽也会对它照成影响环，更容易出现故障；网络拓扑结构会有发生变化的可能，大多数是因为环境干扰和节点故障；大多数情况下，传感器节点本应是固定不动的。另外，传感器节点在能量、处理能力、存储能力和通信能力等很多方面都有着局限性。传统无线网络是以提高服务质量和节省带宽为前提