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1、 情绪管理 基于 ZB 技术的无线压力传感 器设计 编号 字 号 本科生毕业设计 题目 姓名 学号 班级 二 一四年六月 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 姓 名 学 号 学 院 信息与电气工程学院 专 业 信息工程 设计题目 基于 ZigBee 技术的无线压力传感器设计 指导教师 职 称 二 一四年 六月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 信电学院 专业年级 2010 学生姓名 任务下达日期 2013 年 12 月 30 日 毕业设计日期 2013 年 12 月 30 日至 2014 年 6 月 10 日 毕业设计题目 基于 ZigBee 技术的无线压力传感器设计 毕业设计专题题
2、目 毕业设计主要内容和要求 1 了解 CC2530 单片机基本原理 软件设计方法及相关理论知识 2 对无线压力检测系统项目进行可行性论证 3 掌握汇编语言 C 语言编程方法 编写下位机程序 4 使用 protel 软件 并进行硬件电路设计 5 编写上位机数据处理程序 6 根据所完成任务 撰写毕业设计论文 7 翻译一篇与本课题相关的英文文献 字数不少于 3000 字 院长签字 指导教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研究内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度 及工作量 总体评价及建议成绩 存
3、在问题 是否同意答辩等 成 绩 指导教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用 所学知识解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规范程度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年 月 日 摘 要 Zig
4、Bee 是一种低速率 低功耗的无线通信技术 该技术广泛应用于无线传 感器网络 WSN 中 压力是工业生产过程中的重要参数之一 压力的检测或 控制是保证生产和设备安全运行的必不可少的条件 无线传输可以使系统摆脱 传输电缆的困扰 实现无线压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意 义 本设计主要通过 CC2530 及专用芯片组成的传感器节点 对压力传感器所 测得的模拟信号进行处理 通过 Z Stark 协议栈传送至计算机上 通过计算机 程序准确快捷 方便高效地对其进行实时采集和储存 并实时显示在程序上 以 CC2530 的核心处理器的硬件设计与串口通信处理程序的软件设计相结合 采用 IAR Em
5、bedded Workbench 开发工具进行程序开发 通过 CC2530 多 功能仿真器进行嵌入式的编译与移植来处理压力传感器所采集的信息 再通过 VS2010 进行口通信处理程序软件的设计 用 C 窗体设计串口通信处理程序 关键词 压力传感器 CC2530 C 串口通信 ZigBee 数据采集 Abstract ZigBee is a low rate low power wireless communication technology that is widely used in wireless sensor networks WSN Pressure is an important
6、 parameter in the process of industrial production detection or control pressure is essential production conditions and ensure safe operation of equipment Wireless transmission allows the system to get rid of troubled transmission cable wireless pressure monitoring system has a very important signif
7、icance for control of industrial processes This design of sensor nodes by dedicated chips and CC2530 and the analog signal measured by the pressure sensor is processed the contact pressure on the measured pressure values to a computer by a computer program fast and accurate convenient and efficient
8、way to Its real time capture and storage and real time display on the program Emphasis in software design CC2530 core processor hardware design and serial communication handler combined Using IAR Embedded Workbench development tools for program development Embedded compiler and porting to deal with
9、the pressure sensor information collected through the CC2530 multi function emulator Then port communication software design process through VS2010 C form design using serial communication process Keywords pressure sensors CC2530 C serial communication ZigBee 目 录 第一章 绪 论 1 1 1 前言 1 1 2 无线传感器网络的应用 1
10、1 3 国内外研究现状 2 1 4 论文的主要内容及结构安排 2 第二章 ZIGBEE 技术简介 4 2 1 ZIGBEE简介 4 2 2 ZIGBEE的技术规范 4 2 2 1 IEEE 802 15 4 标准 4 2 2 2 ZigBee 网络协议的规范及特点 5 2 2 3 无线网络数据传输协议对比 5 2 3 ZIGBEE的网络拓扑模型 6 2 4 ZIGBEE的应用范围 7 第三章 系统分析与概要设计 8 3 1 系统可行性分析 8 3 1 1 技术可行性分析 8 3 1 2 经济可行性分析 8 3 1 3 系统需求分析 8 3 2 系统架构设计 8 第四章 基于 CC2530 的硬
11、件平台设计 11 4 1 压力传感器的设计 11 4 1 1 压力传感器的选择 11 4 1 2 压阻式压力传感器结构与原理 11 4 1 3 电阻应变片的测量电路 13 4 1 4 温度补偿 15 4 2 信号放大电路 16 4 2 1 放大器的选择 16 4 2 2 三运放放大电路 16 4 3 主控制器 17 4 4 天线发送部分与晶振时钟电路 18 4 5 串行接口与串口通信 19 4 6 PL2303 芯片介绍 20 4 7 电源模块设计 21 第五章 通信系统及上位机软件设计 22 5 1 开发环境简介 22 5 2 下位机程序框图及核心代码 23 5 2 1 Z Stack 体系
12、架构及工作流程 23 5 2 2 压力测量程序流程图 23 5 3 上位机程序框图及运行结果 25 5 3 1 初始界面及串口初始化 26 5 3 2 通过串口接收数据 27 5 3 3 数据存储及计数清零 27 第六章 总结与展望 29 参考文献 30 翻译原文 31 中文译文 40 致 谢 47 第一章 绪 论 1 1 前言 随着嵌入式技术的发展 基于它的智能传感器检测系统在人们日常生活中得到了越来越 普遍的应用 同时在工业控制中也扮演着一个不可或缺的角色 但随着工作中的要求越来越 高 单一的传感器已经不能满足人们工作的需求 传感器网络便应运而生 而进一步为了摆 脱电缆 数据传输线的束缚
13、无线传感器网络便成为了当今最为火热的研究方向之一 如今对工业控制自动化程度的要求越来越高 传统工业系统中监测点和控制点的安装都 是采用有线连接方式 而有线方式会受到布线 供电 安装场所和维修等的限制 造成安装 和维护的困难 将无线传感器网络 WSN 技术广泛应用于各种工业控制中 可以很好的解决 这些问题 并具有诸多优势 合理的运用这种技术将大力推动工业的发展 传感器网络实现了数据的采集 处理和传输三种功能 它与通信技术和计算机技术共 同构成信息技术的三大支柱 而无线传感器网络 Wireless Sensor Network WSN 则是 指由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无
14、线网络 以协作地感知 采 集 处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息 并发送给观察者 传感器 感知对 象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素 1 压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义 在工业生产中 为了高效 安全生产 必须有效控制生产过程中的诸如压力 流量 温度等主要参数 由于压力控制在生产过程中 起着决定性的安全作用 因此有必要准确测量压力 2 如今压力参数的检测 报警与控制 已深入到国民经济和人们生活的各个领域 目前工业过程控制领域中应用力学量传感器最多 的是压力传感器 压力传感器是工业过程控制领域中的关键组成部分 也是本课题所研究的 压力检测系统中的重要组成部分 由各种压力
15、敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号做输出 给显示仪表显示压力值 或供控制和报警使用 所以本文以测量压力为代表 研究并设计了基于 CC2530 的传感器网络来进行数据的检测 传输与处理 1 2 无线传感器网络的应用 无线传感器网络的兴起和发展 使它逐渐应用在各个领域 刚开始由于无线传感器网络 的价格比较昂贵 只应用到军事项目中 随着科技的发展和传感器的成本降低 无线传感器 网络逐渐应用到其他项目中 它的常见应用如下所述 军事领域 军事领域的应用需求是无线传感器网络产生和发展的推动力 利用一些飞行器将或导弹 发射等方式 可以将传感器布散在敌军阵地 通过无线传感器采集周围的环境信息并通过
16、卫 星把信息传回基地 通过分析传达的信息可以判断敌方的军事行动 智能农业 农民种植庄稼时需要各种信息 首先把大量传感器节点分布到需要监控的区域 通过各 种传感器采集环境信息 以帮助农民及时发现问题和解决问题 这样使用智能化的远程控制 设备可以提高农业的生产效率 医疗健康 医生将特定用途的传感器安装在病人的身上 例如 血压 心率 监控设备 利用传感 器网络 以及时了解监护病人的病情并进行处理 从而保障病人的命安全 智能家居 人们可以将传感器布置到各个房问 获取每个房问的温度 并通过无线传感器网络控制 平衡的居室温度 当屋内的燃气泄漏时或者屋内烟雾浓度过高时 传感器向窗户驱动器发出 信号 使窗户自动打开 无线传感器网络给人们提供了更加舒适和智能的家居环境 1 3 国内外研究现状 无线传感器网络研究开始于 20 世纪 90 年代 在国防安全 反恐抗灾 环境监控 医 疗卫生 交通管理 工业控制等方而有着巨大的应用前景下 国际上 许多著名高校和大公 司纷纷加入无线传感器技术的研究之中 这也加快了无线传感器网络的发展 1978 年 在卡耐基 梅隆大学 DARPA Department of Adv
