毕业设计（论文）-基于ZigBee技术的环境监测系统的开发.doc

本科毕业设计 题目题目：基于ZigBee 技术的环境监测系统的开发 全套设计加扣 3012250582 学学 院院: :电子技术学院 专专 业业: :电子信息工程 学学 号号: : 学生姓名学生姓名: : 指导教师指导教师: : 日日 期期: :二一七年五月 武汉科技大学本科毕业设计 I 摘 要 传统农业存在“靠天吃饭”的现象，农业生产的效率是非常低的，农作物的生产 对环境的要求非常严格，农民对环境的监测能力有限，环境有任何问题都会影响植物 的生长。为了使农业生产中的技术人员不用亲自去现场就可以实现实时采集现场设备 的数据信息，也为了现代农业追求经营的利润的最大化，针对农业大棚温室环境数据 信息监控特点，本文是在 ZigBee 技术的基础上进行无线传感器节点的开发，并且组成 了现场监控无线传感器网络。 本系统是以 ZigBee 为基础，以 CC2530 为芯片，ZigBee 是无线网络中发展速度最 快的一种技术，这个协议是由 ZigBee 联盟制定的，由于它具有低成本、延时短、全性 强等特点，这个协议工作在免执照的频段 2.4G，不需要网络的租用费。该系统采用射 频和控制器在一体的 CC2530 模块，软件上使用的是 ZigBee2007 协议栈，在 Z-Stack 通用模块基础上实现应用层各项功能。 通过以上技术，用户可以完成温湿度、烟雾浓度、光照强度、人体红外线感应等 功能的数据收集，协调器每隔一分钟将收集到的数据传给上位机，上位机将收到的数 据显示并存储到数据库，可以实现长期环境检测及存储。实验表明，整个传输过程中， 并没有出现丢包的现象，而且收集到的数据都非常的准确，这表明了系统有非常好的 可靠性和稳定性。 关键词： 环境监测； ZigBee 协议栈； CC2530 芯片； 无线传感器 武汉科技大学本科毕业设计 II Abstract Traditional agriculture has a eat by day phenomenon, the efficiency of agricultural production is very low, the production of crops on the environment is very strict, farmers have limited capacity to monitor the environment, the environment which has any problems will affect the growth of plants. In order to make the technical personnel in the agricultural production do not have to go to the scene in person to realize the real-time collection of the data of the field equipment, but also to maximize the profits of the modern agriculture pursuit of the operation, in view of the agricultural greenhouses environmental data information monitoring characteristics, this article is in ZigBee technology based on the development of wireless sensor nodes, and formed a field monitoring wireless sensor network. The system is based on ZigBee to CC2530 chip, ZigBee wireless network is the fastest growing technology, this agreement is developed by the ZigBee Union, because it has a low cost, short delay, security and strong Features, this agreement works in the license-free band 2.4G, does not require network rental fee. The system uses RF and controller in one of the CC2530 module, the software is used on the ZigBee2007 protocol stack, Z-Stack common module based on the application layer to achieve the various functions. Through the above technology, the user can complete the temperature and humidity, smoke concentration, light intensity, human infrared sensor and other functions of the data collection, the coordinator every minute to collect the data passed to the host computer, the host computer will receive data Stored in the database, you can achieve long-term environmental testing and storage. Experiments show that the entire transmission process, and there is no packet loss phenomenon, and the data collected are very accurate, indicating that the system has a very good reliability and stability. Key Words: Environment Monitoring; ZigBee Protocol stack ; CC2530 chip; Wireless sensor 武汉科技大学本科毕业设计 III 目 录 1 绪论.1 1.1 研究背景与意义.1 1.1.1 项目背景.1 1.1.2 技术背景.2 1.2 论文的主要内容.3 1.3 本文的组织结构.4 2 ZigBee 技术的概述.5 2.1 ZigBee 技术的定义.5 2.1.1 物联网的定义.5 2.1.2 无线传感器网络的定义.5 2.1.3 ZigBee 技术的定义.5 2.1.4 协议栈的定义.6 2.2 ZigBee 协议模型.6 2.3 ZigBee 网络的拓扑结构和路由机制.7 2.4 ZigBee 节点硬件设计.8 2.5 ZigBee 和蓝牙技术的对比.9 2.6 CC2530 无线芯片的概述 .10 2.6.1 CC2530 芯片介绍.10 2.6.2 CC2530 芯片主要特点.10 2.6.3 CC2530 芯片应用领域.10 2.6.4 CC2530 模块说明.11 3 环境监测系统的开发.12 3.1 系统结构分析.12 3.1.1 系统需求分析.12 3.1.2 环境监测系统的功能分析.12 3.1.3 开发板硬件资源介绍.13 3.1.4 系统使用传感器介绍.13 武汉科技大学本科毕业设计 IV 3.2 IAR 软件介绍.15 3.2.1 IAR 简介.15 3.2.2 IAR 软件安装.15 3.2.3 IAR 软件的使用.16 4 系统程序编写详细设计.18 4.1 Z-Stack 协议栈程序介绍.18 4.1.1 端点管理.18 4.1.2 数据的发送.18 4.1.3 数据的接收.19 4.1.4 串口配置.20 4.2 环境监测系统下位机设计.21 4.2.1 终端设备设计.21 4.2.2 协调器设备设计.22 4.2.3 路由器设备设计.23 5 远距离传输.25 5.1 GPRS 原理及模块硬件介绍.25 5.2 GPRS 模块的主要特性.25 5.3 AT 指令.26 5.3.1 AT 指令的概念.26 5.3.2 AT 指令使用.26 5.4 GPRS 和 ZigBee 双机通信.27 5.4.1 GPRS 模块和 ZigBee 模块连线.27 5.4.2 双机通信程序设计.28 结 论.30 参考文献.31 致 谢.33 武汉科技大学本科毕业设计 1 1 绪论 1.1 研究背景与意义 1.1.1 项目背景 传统农业存在“靠天吃饭”的不良现象，农业生产的效率是非常低的，农作物的 生产对环境的要求非常的严格，农民对环境的监测能力是有限的，环境有任何问题都 会影响植物的生长。传统的农业对技术的要求非常低，长期需要农业大棚的环境处于 优良状态，但是这种状态并不是一朝一夕能够维持的。信息时代，由于计算机软硬件 技术的快速发展，对数据的实时监控，数据接口的开放性和安全性的要求也越来越高 了。为了在农业上得到盈利，也为了方便用户进行管理，要将传统农业往现代农业上 过渡。现代农业是高收入，高商品率的农业，所以需要不断改善农业发展条件。 在计算机的信息时代，无线网络的突出优势被挖掘，其中 ZigBee 无线传输技术在 工业上、农业上展现出来了很高的潜力。终端节点收集到的数据会经过网络传输给远 方的手机或者电脑。这种新型的技术给人们的生活带来了无限的活力与激情，使工作 更加方便与轻松。利用计算机带来的便利，通过网络的传输，提高数据收集的速度。 农民摆脱了小规模的农业生产，可以进行大规模的经营，实现利润最大化。 传统的工业与农业的数据采集和控制系统大多都是以工业农业总线为介质，所以 都局限在本地的近距离范围应用。随着社会的不断发展，各公司规模不断地完善，需 要管理和控制的工作更加多样，并不是每时每刻都会有人及时的出现在工作岗位上， 所以需要做出远距离控制与监控系统，能将数据传输到上位机，并且保存在数据库中， 用户能及时了解过往数据记录。ZigBee 之前并不是很热门的一项技术，但是现在，越 来越多的领域开始使用这项技术。目前我们国家的畜牧业信息采集系统还不是很完善， 采集设备覆盖的不是很全面，采集技术也不是很发达，所以需要研究出一套设备，专 门应用在农业大棚信息采集上。 环境监测系统1的设计是为解决农业与工业环境数据收集，如果出现什么问题可以 及时控制，便于成功的种植农作物和完成工业生产。本系统主要是对温度、湿度、烟 雾浓度、光照强度、人体感应进行实时监控。本环境监测系统包括三个部分：底层 ZigBee 终端数据采集、GPRS 信息处理中心、电脑手机远程控制端。如果超出了最高 指标会提出警告，方便工作人员及时的完善环境指标，确保工作顺利。 武汉科技大学本科毕业设计 2 1.1.2 技术背景 传统的有线通信网络是利用光纤进行数据传输的，虽然能成功但是存在很多的问 题，比如说复杂度很高，布线方式很困难，消耗的能量很多，所以在环境检测系统中 大规模的应用是不可能的。自从 1998 年 Gregory J . Pottie 从网络的角度阐述无线传感 器网络2(Wireless Sensor Networks, WSN)的定义来看，WSN 在通信方面得到了广泛的 应用。无线传感器网络是在新时期是一种非常有影响力的网络监控方式，在速度上和 传统网络相比要更快一些。环境监测是环境保护的基础，为环境保护决定方法提供了 符合的依据3。 本设计是在 ZigBee 协议栈的基础上进行开发的，ZigBee 组成的网络和蜂蜜的信息 传递方式相似，使用的是无线传播。底层协议都是 ZigBee 联盟制定的，按照每个节点 功能的不同，可将网络设备分为三个部分：ZigBee 协调器节点（ZigBee Coordinator） 、 ZigBee 路由器节点（ZigBee Router） 、ZigBee 终端节点（ZigBee EndDevice） 。 (1)协调器：该设备在所有设备中是功能最全的一种。它的作用是给终端设备发送 网络的信标帧，建立一个网络可以让终端和路由器连接进入，并且不断接收终端和路 由器发送过来的消息。 (2)路由器：协调器自动发送一个十六位地址给路由器，在组网的时候更加方便快 捷，离开网络的时候不会留下问题。 (3)终端设备：终端设备上的传感器会收集数据传给协调器或者路由器，并且会把 自己的节点地址发送出去。 ZigBee 主要有以下几个放面的优点： (1)网络稳定性好：网络自行建立并且进行节点间的相互通信。当添加或者减少设 备节点的时候，其他的节点也会自己去寻找可以代替的节点进行通信，网络具有良好 的自愈能力。 (2)成本低：近年来，ZigBee 无线通信的价格相对于蓝牙来说，具有更大的优势。 另外，使用的 CC2530 芯片对速率的要求并没有那么高，使用这样的芯片可以让产品 节省不少的成本，目前 CC2530 芯片的价格只需要 20 元。 (3)功耗低：系统绝大部分时间是处于休眠状态的，此时一节干电池可以使用两年。 本系统使用的是 CC2530 芯片，这个芯片模块体积小，方便在开发板上面安装和 设计。在设计 ZigBee 节点的时候，TI 公司把 CC2530 芯片的引脚都引出来了，方便用 户进行使用，最大的利用了已有的资源。芯片引出来的引脚可以使用杜邦线进行连接， 方便用户更快更迅速的搭建网络环境。每个引脚的设定，都是有自己独特的功能的， 用户需要什么功能，就可以引出对应的引脚。如果引脚出现了重复，就需要想办法把 引脚错开，才可以使用。 武汉科技大学本科毕业设计 3 生活中，我们并没有过多的接触开发板这种设备，开发板中最重要的部分就是芯 片环节，选的芯片合适，做出的产品在使用的时候才会有合适的功能。在开发环境监 测系统过程中，使用的 ZigBee 模块采用的是 CC2530 芯片，这个芯片适合在 IAR 环境 下下载程序，并且模块对外提供 TTL 电平的串口，方便用户进行双机通信，特别是在 开发环境检测系统的时候，需要使用 GPRS 模块，这样就需要考虑双机通讯的问题。 在此基础上 CC2530 还具有灵敏度高的特点，用户可以通过 CC2530 采集到更加准 确的数据信息。系统整体结构如图 1.1 所示。 温湿度传感 器 光敏传感器 CC2530 终端节点1 CC2530路由 节点 CC2530 协调器节 点 GPRS网关 温湿度传感 器 光敏传感器 CC2530 终端节点n 。 。 。 。 。 。 。 。 。 ZigBee 串口 Internet 图 1.1 系统总框架 1.2 论文的主要内容 本系统是在 ZigBee 2007 协议栈的基础上完成，使用 CC2530 芯片完成无线通信。 ZigBee 是新开发的一种短距离通信的方式，这种设备主要应用在医疗、智能家居、工 业等领域。在农业领域的应用并不是很普遍。通过对比之前的环境检测系统，ZigBee 设备在开发价格、难度、可靠性上具有明显的好处。正是 ZigBee 技术的这些优势，为 了构建一个高效的网络环境，满足用户环境监测的基本要求，本文构建了以 ZigBee 技 术为通信协议的网络采样系统。 本文的研究重点在： (1)优化程序，使用最良好的网络拓扑结构，最大程度的发挥路由器在通信网络中 的作用，增加节点传输的最远距离，使传输更加良好。 (2)要做出一个稳定的系统，可以随时收集当前各个节点上传感器的数值，如节点 一，1 号传感器收集温湿度的数据；2 号传感器收集气体浓度的数据；3 号传感器收集 光照强度的数据；4 号传感器收集人体感应的数据。如果出现了什么问题，工作人员也 好及时的去解决。 (3)无线传感器网络系统本身具有一定的计算能力。在环境复杂的情况下，依然能 够进行监测。节点之间的相互通信，可以延长数据收集之后的传送距离4。 武汉科技大学本科毕业设计 4 环境监测系统至地向上分别是底层终端设备、传输网络、存储数据库。为了获取 准确的传感器数据，在农业大棚中会放置很多的传感器，每个节点设置的传感器都是 一样的，这样远端收集的数据更有参考价值。 1.3 本文的组织结构 第一章给出了本论文的研究背景和意义，并且介绍了本论文的主要内容以及本文 的组织框架与结构； 第二章主要对 ZigBee 技术进行了介绍，首先是给出相关的定义，其次是拓扑结构 和硬件节点介绍，和蓝牙技术进行了对比，其中还介绍了一下使用的 CC2530 芯片特 点模块及应用领域； 第三章对系统的整体结构进行介绍，首先是使用的编程软件介绍，其次是开发的 系统需求及功能介绍、硬件设备介绍、传感器的特点等； 第四章介绍协议栈各知识点的程序设计，进行了串口配置。上下位机设计完成之 后，实现终端设备收集数据之后通过网络向协调器传输数据； 第五章介绍了 SIM800A 通信模块，讲述了 GPRS 和 ZigBee 双机通信，实现通信 之后将数据传送到腾讯云上，上传的过程需要使用 AT 指令； 第六章总结完成论文的过程中所遇到的问题，并对未来的研究做出展望。 武汉科技大学本科毕业设计 5 2 ZigBee 技术的概述 2.1 ZigBee 技术的定义 2.1.1 物联网的定义 物联网的定义是：设备通过射频识别(RFID)，组成一个全球定位系统，红外感应 系统，这些信息传感设备按照一定得特殊协议，把物体和互联网连接在了一起，这样 就可以进行信息交换，实现对设备的监控、定位和跟踪。至 2008 年以来物联网就逐渐 进入人们的视野，人们通过物联网进行信息传输与监控，物联网至此便成为新型产业。 物联网的发展离不开传感器的使用，传感器的覆盖面很广，可以在一个设备上装几个 传感器，也可以几个设备同时装一种传感器。物联网的发展离不开传感器的使用，组 建的无线传感器网络会应用在各个领域。 2.1.2 无线传感器网络的定义 无线传感器网络的定义是：设备应用的是一种大规模，无线分布式传感网络。这 些设备的成本低，体积小，方便进行试验操作的设备。传感器网络数据可以通过有线 进行传输，也可以通过无线进行传输，这种无线数据传输的网络叫做无线传感器网络。 大量传感器节点放置在监测区域组成无线传感器网络，这样的设备可以应用在很多领 域，如农业，医疗还有工业。无线传感器的研究还存在很多潜在的价值，值得我们去 深度开发与研究。由于传感器网络的巨大应用价值，它引起了世界很多国家军事部门， 工业界和学术界的极大关注5。2000 年美国的 MIT，美国的 UCLA 大学，加拿大 McGill 大学开始了 Wireless Sensor Network 的研究，无线传感器网络进入新时代。 2.1.3 ZigBee 技术的定义 ZigBee 技术是 IEEE 802.15.4 协议的代名词，这种协议是专指短距离低功耗的无 线传输6。这个协议名词来源于蜜蜂，在蜜蜂采蜜的时候，采用这种方式组成通信网络 传递花粉的位置信息,以便于共享食物源的方向、位置和距离等信息。这种协议可以嵌 入各种硬件设备中，对于无线通信非常的便捷。ZigBee 技术建立在 IEEE 802.15.4 的基 础上，所以用户对 ZigBee 的开发还有很多的要求，比如在组网，安全和应用领域都有 一定得标准。ZigBee 技术使用的距离特别短，结构并不复杂，更加合适在低速率和低 武汉科技大学本科毕业设计 6 功耗的环境下使用。Z-Stack 是 TI 公司开发出来的协议栈，用户可以在协议栈里面使 用 ZigBee 的通信技术。 2.1.4 协议栈的定义 协议栈是指网络中各层协议的总和，我们可以理解程序的执行就是从上层协议到 底层协议，结束后再由底层协议到上层协议7。ZigBee 协议栈使用了 IEEE 802.15.4 定 义的物理层(PHY)和媒体介质访问层(MAC)，并且还定义了网络层和应用层。ZigBee 协议栈最主要的便是应用层，具体节点设备具有的功能都是在应用层规定的，然后通 过网络层调用传输出去。TI 公司在设计协议栈的时候，专门为用户提供了一个操作系 统的调度程序，在这里面封装好了协议栈，具体是怎么执行的不需要知道，只需要知 道怎么调用就可以了。这也为用户使用 ZigBee 协议栈提供了方便，只需要会用就可以 了，不需要明确的理解每一句代码具体是什么意思。 2.2 ZigBee 协议模型 相对于其他的无线通信模型来说，ZigBee 协议栈的使用对环境的要求并不是很高， ZigBee 协议栈模型如图 2.1 所示，一个完整的 ZigBee 协议严格的应用规范，尤其是网 络层和数据链路层等8。ZigBee 联盟只规定了网络层以上的协议，而剩下的协议需要 IEEE 来制定。完整的 ZigBee 协议栈需要物理层，介质访问控制层，网络层以及应用 层来建立。用户所需要实现的功能是在这个基础上于应用层修改程序而来。在自动组 网方面，ZigBee 网络的拓扑结构有星型、网状、树形，而 ZigBee 硬件节点在设计上又 可以分为协调器，路由器和终端三种。 (1)传感器是通过应用层将数据传输进协调器组成的网络的； (2)为了最大的程度节约成本，设计的网络层有自组织，自维护的功能，失去一两 个节点对于网络来说，影响不大； (3)数据链路层最重要的两个部分是 LLC 和 MAC 子层； 武汉科技大学本科毕业设计 7 应用汇聚层 应用接口 网络层 数据链路层 LLC层 MAC层 物理层 图 2.1 ZigBee 协议栈模型 ZigBee 协议栈是在 IEEE 802.15.4 的基础上创建的，ZigBee 联盟定义了协议栈里 面的物理层和应用层，而每一个 ZigBee 节电设备还需要网络层，安全层的加入。只有 这样用户才能实现对应用层的管理。用户在应用层上创建自己的工程，数据的传输离 不开网络层，所以网络层的规范尤为重要。网络层主要是控制网络的，协调器在建立 网络之后网络层可以控制终端和路由器的加入和离开，并且建立一个传输通道给数据 传输使用。 2.3 ZigBee 网络的拓扑结构和路由机制 ZigBee 在使用的时候可以建立成多种网络结构，三种拓扑结构如图 2.2 所示，其 中用户最常用的拓扑结构是星型网，用户只需要一个协调器来建立网络，每个设备都 是和协调器直接相连的，ZigBee 技术主要的工作状态就是维护网络的建立，然后在协 调器的基础上加入从属设备。在不同领域建立网络的时候，我们需要使用的拓扑结构 是不同的。协调器在建立网络之后，就失去了作用，相当于一个路由器作为传输数据 的工具存在于网络中。在网状的拓扑结构中，每个节点都是处于平等的阶段，每个节 点之间都可以相互通信，但是 ZigBee 路由器还是很特殊，终端和协调器都会发出网络 信标帧，代表加入了人网络，但是路由器不会。在 ZigBee 无线网络中，每个人对设备 的配置不一样，就会使用不同的拓扑结构。ZigBee 设备可以分为协调器、路由器和终 端。具体的配置方式根据需要功能来来决定。模块的电源模块为传感器节点提供能量9。 武汉科技大学本科毕业设计 8 星型 簇状型 网状型 网络协调器 全功能设备 简化功能设备 图 2.2 ZigBee 网络拓扑结构 2.4 ZigBee 节点硬件设计 本系统采用 TI 设计的 ZigBee 协议栈，ZigBee 协议栈流程图如图 2.3 所示。协议 栈支持使用最多的芯片则是 CC2530。CC2530 在建立强大的网络基础上可以降低成本。 最重要的是 CC2530 使用的是增强型的 8051CPU。ZigBee 终端设备有着和协调器一样 的硬件设计。其中包括了 CC2530 芯片，LED 灯，天线和电压转换器，LED 灯可以用 来判断是否加入了网络，或者通过 TFT 显示器显示出发送的消息。在这个系统之中， 采用的是模块化的结构，每个节点的类型根据需要设计不同的底板，这样可以保证信 号之间的影响非常的低，不会出现大的问题。围绕着 CC2530 芯片展开，系统需要以 下三种模块：CPU，外设和无线电模块。CC2530 芯片的工作电压是 3.3V，所以系统节 点设计的时候，需要将电压在内部转换成 3.3V 的，以免对芯片有所损坏。协调器组网 成功之后可以通过 LED 来显示，终端节点是否进入网络也可以由 LED 灯显示。 在 IEEE802.15.4 标准定义里面，数据的传送有三种不同的方式。第一：数据可以 通过终端设备发送给协调器设备；第二：数据可以通过协调器设备发送到终端设备； 第三：这个设备并没有加入网络，不能传输信息。若网络中有节点失效或者需要去除， 收到命令行会在计算机软件中自动删除，访问的时候会自动跳到下一个节点去10。 武汉科技大学本科毕业设计 9 开始 关中断 初始化 Stack RAM 初始化HAL 层驱动 初始化NV FALSH 初始化MAC层 分配64位 长地址 读取NV ITEMS 初始化 OSAL 开中断 设置 TIMER 在LCD上显示设 备信息 OSAL任务轮循 主循环 有事件 发生？ 有事件 发生？ 比较优先级 比较优先级 调用事件 处理程序 是否结束？ 是否结束？ 相 对 低 是 否 图 2.3 协议栈流程图 2.5 ZigBee 和蓝牙技术的对比 ZigBee 和蓝牙以及 WIFI 在原理上都是无线通信。但是和蓝牙对比之后还是能看 出 ZigBee 的优势，我们能取长补短运用到实际生活中。ZigBee 无线通信网络新增节点 的典型网络参与时间为 30ms，节点从休眠状态激活进入工作状态的典型时间是 15ms，处于工作状态的节点典型存取时间为 15ms，对于最长等待时间在 10ms 量级以 上的控制环境，ZigBee 技术完全满足时性要求11。 (1)数据传输速率低12。ZigBee 只工作在 10250k bit/s,适用于低速传输的应用； (2)功耗低。节点在大多数时间是处于休眠状态，减少了更换电池和充电的问题， 使用两节 5 号电池可以待机两年； (3)成本低。传输速率低，通信协议简单，传输过程大大的减少了成本； (4)网络容量大。ZigBee 常用的有三种网络拓扑结构，但是 ZigBee 网络节点最多 可以使用 255 个设备； (5)延时短。通常延时在 ms 级别，一般情况下 ZigBee 响应速度非常的快，这此基 础上，更加节约了成本，节省了电能； 武汉科技大学本科毕业设计 10 (6)工作频段灵活。ZigBee 通信常常使用的频段有 2.4GHz，868MHz(欧洲)， 915MHz(美国)； 2.6 CC2530 无线芯片的概述 2.6.1 CC2530 芯片介绍 IEEE802.15.4，ZigBee 等系统上常常使用的芯片就是 CC2530 芯片，用户可以使用 CC2530 芯片建立强大的网络，并且成本是非常低的。根据芯片的内存不同，我们可以 把芯片分为四种型号。CC2530 有很多不同的运行方式，尤其是擅长在低功耗模式下工 作。在低功耗模式下，CC2530 传输速率低，可以节约成本。 CC2530 芯片是从 CC2430 芯片演变过来的，并且在 CC2430 的基础上进行了很大 的改变，增加了很多的功能，其中 ZigBee 协议栈使用方式改变是最大的，ZigBee2007 协议栈在组网的方面提高了很多，可以说并不是 CC2530 的提升，而是协议栈的提升。 CC2530 结合了 TI 公司所建立的 Z-Stack，我们可以根据协议栈的内容组建出一个良好 的系统，更好的为用户进行远程操作提供解决方案。TI 公司目前主要以 CC2530 为主， 2.4G 的 CC2530 在市面上有非常广的应用。使用了这个芯片之后，消费者不需要在使 用遥控来操作电子产品。 2.6.2 CC2530 芯片主要特点 (1)适应 2.4G 的 IEEE802.15.4 的 RF 收发器； (2)高性能，8051 控制内核处于低功耗模式； (3)通用 I/O 引脚有 21 个，包含一个看门狗定时器； (4)具有强大灵活的外设工具； (5)支持硬件调试，具有 IR 发生电路； (6)硬件可以支持 CSMA/CA 功能； (7)睡眠定时器是 32M 并且具有捕获功能； 2.6.3 CC2530 芯片应用领域 (1)IEEE802.15.4 系统是 2.4G 的，我们有足够的空间使用； (2)ZigBee 系统(需要 256KB 闪存)； (3)家庭自动化； (4)照明系统； 武汉科技大学本科毕业设计 11 (5)工业控制和监控； (6)低功耗无线传感网络； (7)医疗保健； (8)消费型电子； 2.6.4 CC2530 模块说明 CC2530 模块包括 CPU 与内存、时钟与电源管理、外设和无线设备等四部分，其 中： CPU 和内存：这个系统的中心使用的是包含 8051CPU 内核内存制裁器的 CC2530 芯片，有四个内存的访问点，需要通过这个来确定存储器访问的顺序； 时钟和电源管理：CC2530 使用的是 1.8V 的低差稳压器供电，可以增加电池的寿 命，延长供电的时间，在这里面电源的管理是非常严格的； 外设：CC2530 可以使用不同功能的外设，其中包括调试接口，定时器 3，定时器 4 和睡眠定时器等等； 无线设备：CC2530 具有无线收发装置，可以通过这个装置完成数据包过滤和地址 的识别，通过无线设备，可以完成一个系统的无线通信； 武汉科技大学本科毕业设计 12 3 环境监测系统的开发 3.1 系统结构分析 3.1.1 系统需求分析 我国是一个农业大国，在我国农业大棚非常常见，温室的环境需要随时掌握，传 统的农业大棚都是独立的，没有通讯的能力，需要通过人的辛苦劳动去了解植物的生 长情况。科学技术随着时代的变化正在逐步发展，为了降低农业的生产成本，减轻工 作人员的压力，制作一个温室农业大棚里面的环境检测系统是迫在眉睫的事情。本监 控系统集计算，控制，通讯于一体。具有收集温湿度，气体浓度，光照强度，和人体 感应的功能。这个系统在确定参数的情况下，能为植物提供一个稳定舒适的生存环境， 大大的提高了设备的利用率，减少用户的工作量。 设备中的温湿度传感器主要是来检测温室的空气温度和湿度，在每个需要控制的 文史农业大棚里放置一套设备，用来传递指令，如果环境不达标，可以报警或者做出 其他的指示。这个系统能够通过 PC，浏览器，安卓手机实时访问收集到的传感器数据。 PC 主要负责处理数据并显示，同时发送指令控制整个系统的运行13。该系统能够对农 业大棚的环境质量进行检测与控制。系统就可以实现无人自动操作，从我国目前的农 业发展来看，未来农业产业化是一个非常主流的趋势。ZigBee 节点可以放置不同种类 的传感器，放置在大棚的任何位置，不同类型的 ZigBee 节点可以组成一个通信网络， 传感器收集到的数据经过 Z