基于物联网的信息采集系统(室内温湿度检测) (2)(2)

11ms以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。

(2)SCK 用于微处理器与SHT10之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。

(3)DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动 DATA 在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。

1、向SHT10发送命令：

用一组“启动传输”时序，来表示数据传输的初始化。它包括：当SCK时钟高电平时DATA翻转为低电平，紧接着SCK变为低电平，随后是在SCK时钟高电平时DATA翻转为高电平。后续命令包含三个地址位（目前只支持“000”），和五个命令位。SHT10会以下述方式表示已正确地接收到指令：在第8 个 SCK 时钟的下降沿之后，将 DATA 拉为电平（ACK 位）。在第 9 个 SCK 时钟的下降沿之后，释放 DATA（恢复高电平）。

2、测量时序(RH 和 T)：

发布一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度 RH，‘00000011’表示温度 T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约 11/55/210ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。SHTxx 通过下拉 DATA 至低电平并进入

空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发 SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2 个字节的测量数据和1 个字节的CRC 奇偶校验。uC 需要通过下拉DATA 为低电平，以确认每个字节。所有的数据从 MSB 开始，右值有效（例如：对于 12bit 数据，从第 5 个SCK 时钟起算作 MSB； 而对于 8bit 数据， 首字节则无意义）。用 CRC 数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用 CRC-8 校验，控制器可以在测量值 LSB 后，通过保持确认位 ack 高电平， 来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx 自动转入休眠模式。

3、通讯复位时序：

如果与 SHTxx 通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当 DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟 9 次或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留.

3.2 温湿度传感器模块

温湿度探头直接使用 IIC 接口进行控制，光敏探头经运放处理后输出电压信号到 AD 输入。IIC 接口将同时连接 EEPROM 以及温湿度传感器两个设备，将采用使用不同的 IIC设备地址的方式进行区分。其电路原理图如下所示：

图（1）温湿度传感器模块原理图

使用 10～12bit 的 AD 采集器进行光敏信号采集，使用专用温湿度传感器 (IIC 接口)进行温湿度信号采集。一次采样使用 2 字节描述，MSB 方式，温湿度及光电传感器模块输出数据结构如下： 仅采集温度信息温度数据高字节，温度数据低字节。

仅采集湿度信息湿度数据高字节，湿度数据低字节。

采集全部信息温度数据高字节，温度数据低字节，湿度数据高字节，湿度数据低字节。

注意：本指令一次测量，最多只上传 1 次采集数据，不支持连续采集数据上传。

3.3 CC2530串口通信原理

UART接口可以使用2线或者含有引脚RXD、TXD、可选RTS和CTS的4线。UART操作由USART控制和状态寄存器UxCSR以及UART 控制寄存器UxUCR来控制。这里的x是USART的编号，其数值为0或者1。当UxCSR.MODE设置为1时，就选择了UART模式。当 USART 收/发数

据缓冲器、寄存器 UxBUF 写入数据时，该字节发送到输出引脚 TXDx。UxBUF 寄存器是双缓冲的。当字节传输开始时，UxCSR.ACTIVE位变为高电平，而当字节传送结束时为低。当传送结束时，UxCSR.TX_BYTE位设置为 1.当USART收/发数据缓冲寄存器就绪，准备接收新的发送数据时，就产生了一个中断请求。该中断在传送开始之后立刻发生，因此，当字节正在发送时，新的字节能够装入数据缓冲器。当1写入UxCSR.RE位时，在UART上数据接收就开始了。然后UART会在输入引脚TXDx中寻找有效起始位，并且设置UxCSR.ACTIVE位为 1.当检测出有效起始位时，收到的字节就传入到接收寄存器，UxCSR.RX_BYTE位设置为 1.该操作完成时，产生接收中断。同时UxCSR.ACTIVE 变为低电平。通过寄存器UxBUF提供到的数据字节。当UxBUF读出时，UxCSR.RX_BYTE位由硬件清 0。

3.4 ZigBee无线传感器网络通信标准

ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。ZigBee协议规范使用了IEEE 802.15.4定义的物理层(PHY)和媒体介质访问层(MAC)，并在此基础上定义了网络层(NWK)和应用层(APL)架构。

四、详细设计

本设计是基于CC2530的温湿度数据采集系统设计。因此，其重点是温湿度数据采集设计的实现，主要可分为二大部分，一是实现无线传感的硬件模块；二是实现无线传感的软件支持，也就是Zigbee协议框架的编程。实现湿度数据采集的硬件部分主要包括：无线传感器通信模块、无线传感基本结构实现原理、本设计所使用的试验箱以及软件支持、常见的无线传感模块以及实现基于CC2530的温湿度采集系统节点模块设计。

实现温湿度数据采集的软件部分主要包括：Zigbee协议栈整体构架，Zigbee协议栈网络层。

4.1实现温湿度数据采集的硬件部分

物联网温湿度采集系统的硬件部分可以大体有无线传感基本结构、无线传感实现原理、本设计所使用的试验箱以及软件支持、常见的无线传感模块以及实现基于CC2530的温湿度采集系统节点模块设计等组成。其具体内容如下：

1、无线传感器通信模块

无线节点模块：主要由射频单片机构成，MCU是TI的CC2530，2.4G载频，棒状天线。

传感及控制模块：系列传感及控制模块，包括温度传感模块、湿度传感模块、继电器模块和RS232模块等，也可以通过总线扩展用户自己的传感器及控制器部件。

电源板或智能主板：即实现无线节点模块与传感及控制模块的连接，

又实现系统供电，目前主要两节电池供电，保留外接电源接口，可以直接由直流电源供电。

2、无线传感基本结构及实现原理

无线传感器网络在设计目标方面是以数据为中心的，在无线传感器网络中，因为节点通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，所以除了少数节点也要移动外，大部分节点是静止不动的。在被检测区域内，节点任意散落，节点除了需要完成感测特定的对象外，还需要进行简单的计算，维持互相之间的网络连接等功能。并且由于能源的无法替代以及低功耗的多跳通信模式，设计无线传感节点时，有效的延长网络的生命周期以及节点的低功耗成为无线传感器网络研究的核心问题。无线传感网络的建立是基于传感器加无线传输模块的，传感器采集的数据，简单处理后经过无线传输模块传到服务器或应用终端。目标，观测节点，传感节点和感知视场是无线传感器网络所包括的4个基本实体对象。大量传感节点随机部署，单个节点进过初始的通信和协议，通过自组织方式自行配置，形成一个传输信息的单跳链接或一系列无线网络节点组成的网络，协同形成对目标的感知视场。传感节点检测的目标信号经过传感器本地简单处理后通过单播或广播以多跳的方式通过邻近传感节点传输 …… 此处隐藏：2901字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……