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1、淮安信息职业技术学院电子工程学院 “物联网应用技术”项目实训指导书2013年05月前言 智能家居最早是在20世纪80年代兴起于日本和美国，并在20世纪90年代进入我国，经过十几年的发展，特别是随着我国的住宅产业发展而迅速发展起来。而且在我国智能家居引起越来越多的关注，随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。然而由于我国的居住模式和发达国家存在很大的差别，我国人口众多，城市多以密集型住宅为主，这造成了国内外在智能家居的发展和技术上存在了很大的差别。国内智能化更多地注重于整个小区智能化的建设。最早从做对系统开始，并且逐渐由过
2、去的非可视对讲过渡到目前的以黑白可视对讲为主流，同时一些集成了安防功能、抄表功能,短信息等功能的对讲产品出现并在一些地区应用。由于可视对讲的发展迅速，一些厂家的宣传，给人造成了一种错误的观念，小区只要做可视对讲或者综合布线就称得上智能化小区。随着对智能家居的认识越来越深入，人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化，更多地体现在家庭内部自动化。所以20世纪90年代后期，一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广，还有一些大的集团公司也看好该领域，通过各种途径介入，促进整个行业迅速发展。正如当今如火如荼的家电行业，无论是白色家电，还是黑色家电，以及其他一些日用家电无不嵌入了自动化控制，
3、其智能化程度已远是以前的普通家电所不及了。目录目录1准备知识1：11.1模块认识1准备知识2：12.1传感器认识12.1.1温湿度传感器（数字量）12.1.2 串行时钟输入(SCK)32.1.3 温湿度测量52.1.4 通讯复位时序52.1.5 CRC-8 Checksum 计算62.1.6状态寄存器62.1.7相对湿度72.1.8 湿度信号的温度补偿82.1.9 温度转换系数82.1.10 露点82.2光敏传感器（模拟量）92.3可燃气体传感器（模拟量）102.4噪声传感器（模拟量）122.5气压传感器（模拟量）122.6震动传感器（开关量）132.7 红外热释电传感器（开关量）132.8
4、RFID射频识别装置15准备知识3：15 3.1 Flash Programmer下载程序快速入门15项目一：应用设备的安装与调试17一：硬件实物介绍17二：硬件设备的安装与调试26实训硬件提供：26目标：26要求：261.1 工作任务26（1）感知节点的设置27（2）完善感知节点ZigBee协议栈代码（代码已给出，见附录1）27项目二： 程序的编写与调试282.1 初始操作：282.1.1 协议栈中网络结构类型修改：282.1.2 修改信道及网络编号（PANID）292.1.3 生成Hex文件操作：292.2 程序重点292.2.1 消息处理流程29附录1：36一、SampleAppMast
5、er.c36二、SampleAppSlave.c47附录2：参考接线图60准备知识1：1.1模块认识应用设备包括：环境监测模块、家居安防模块、家居三表模块、家居电子支付模块、开关动作电路、模拟电压控制电路、总线型控制电路、网络 USB型控制电路。硬件设备主要包含各类传感器和执行器、安防监测设备、三表设备等。准备知识2：2.1传感器认识传感器类型包括：开关量传感器、数字量传感器、模拟量传感器。开关量传感器：热释电红外传感器数字量传感器：温湿度传感器模拟量传感器：光敏、可燃气体、气压、噪声、震动、烟雾传感器2.1.1温湿度传感器（数字量）我们这里选用的的是属于Sensirion温湿度传感器家族中的
6、贴片封装系列的SHT11。它将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14 位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。实物图如下： 图 1-31.接口定义（注意：NC端口必须悬空）1.1电源引脚 (VDD, GND)SHT11 的供电电压范围为2.4-5.5V, 建议供电电压为3.3V。在电源引脚（VDD,GND）之间须加一个
7、100nF的电容，用以去耦滤波。见图1-4。SHT1x 的串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理；传感器不能按照I2C 协议编址，但是，如果I2C 总线上没有挂接别的元件，传感器可以连接到I2C 总线上，但单片机必须按照传感器的协议工作。 图 1-4图 1-4: 典型应用电路, 包括上拉电阻 RP 和 VDD 与 GND之间的去藕电容。2.1.2 串行时钟输入(SCK)SCK 用于微处理器与SHT1x 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。DATA 引脚为三态结构，用于读取传感器数据 . 当向传感器发送命令时, DATA 在 SCK上升沿有
8、效且在 SCK 高电平时必须保持稳定。DATA 在 SCK 下降沿之后改变。为确保通讯安全，DATA 的有效时间在 SCK 上升沿之前和下降沿之后应该分别延长至 TSU and THO 参见图 1-5。当从传感器读取数据时, DATA TV 在 SCK变低以后有效，且维持到下一个 SCK的下降沿 。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：10k）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。图 1-5：时序图,缩写词在表 1-1 有注释。 加重的 DATA线由传感器控制,普通的 DATA 线 由单片机控制. 有效时间依据 SCK的时序
9、。请注意 数据读取的有效时间为前一个切换的下降沿。表 1-1: SHT11 I/O 信号特性2 传感器的通讯2.1启动传感器首先，选择供电电压后将传感器通电，上电速率不能低于1V/ms。通电后传感器需要11ms 进入休眠状态，在此之前不允许对传感器发送任何命令。2.2发送命令用一组“ 启动传输”时序，来完成数据传输的初始化。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。参见图 1-5。图 1-5: 启动传输 时序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 下拉为低电平（AC
10、K 位）。在第9 个SCK 时钟的下降沿之后，释放DATA（恢复高电平）。表 1-2 SHT11命令集2.1.3 温湿度测量发布一组测量命令（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20/80/320ms，分别对应8/12/14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，最多可能有-30%的变化。SHT1x 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
11、1 个字节的CRC 奇偶校验（可选择读取）。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，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，首字节则无意始义）。在收到CRC 的确认位之后，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ACK高电平终止通讯。在测量和通讯完成后，SHT1x 自动转入休眠模式。警告: 为确保自身温升小于0.1C, SHT1x 的激活时间应小于测量值的10% e.g. 对于 12位测量，最多 1秒 1次。2.1.4 通讯复位时序如果与SHT1x 通讯中断，可通
12、过下列信号时序复位：当DATA 保持高电平时，触发SCK 时钟9 次或更多，参阅图1-6。接着发送一个“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。图 1-6: 复位时序2.1.5 CRC-8 Checksum 计算数据传输的可靠性由 CRC-8的校验来保证. 它确保可以检测并去除所有错误数据。 如上所述，用户可选择是否使用 CRC功能。2.1.6状态寄存器SHT1x 的某些高级功能可以通过给状态寄存器发送指令来实现，如选择测量分辨率，电量不足提醒，使用 OTP 加载或启动加热功能等。下面的章节概括介绍了这些功能。详情可参阅应用说明“状态寄存器”。在读状态寄存器或写状态寄存器之
13、后，8 位状态寄存器的内容将被读出或写入，参阅表 1-2。通讯请阅图 1-7和图 1-8状态寄存器各 bit请参阅表 1-3。图 1-7:状态寄存器写图 1-8:状态寄存器读图 1-9和 1-10描述了整个通讯过程。图 1-9: 测量时序. TS = 传输开始, MSB = 高有效字节,LSB =低有效字节, LSb = 低有效位。图1-10: 相对湿度测量时序示例，数值“0000010000110001”=1073=35.50%RH（未包含温度补偿）。DATA 有效时间已标出，可参见DATA 线。加粗部分的DATA 线由传感器控制，普通的DATA 线由单片机控制。表 1-3: 状态寄存器位描
14、述2.1.7相对湿度湿度的非线性补偿请参阅图 1-11 为获得精确的测量数据，建议用以下公式进行信号转换。公式中的参数见表 1-4:表 1-4: 湿度转换参数99%以上的湿度已经接近饱和必须经过处理显示100%RH13. 请注意 湿度传感器对电压无依赖性。图 1-10: 从 SORH 到相对湿度的转化2.1.8 湿度信号的温度补偿由于实际温度与测试参考温度25 (77)的显著不同， 湿度信号需要温度补偿。温度校正粗略对应于0.12%RH/50%RH，温度补偿系数请参阅表1-5。表 1-5: 温度补偿系数2.1.9 温度转换系数由能隙材料PTAT (正比于绝对温度) 研发的温度传感器具有极好的线性。可用如下公式将数字输出(SOT)转换为温度值，温度转换系数请阅表1-6：表 1-6: 温度转换系数2.1.10 露点SHT1x 并不直接进行露点测量,，但露点可以通过温度和湿度读数计算得到.。由于温度和湿度在同一块集成电路上测量，SHT1x 可测量露点。露点的计算方法很多，绝大多数都很复杂。 对于-40 50C 温度范围的测量，通过下面的的公式可得到较好的精度，参数见表 1-7：表 1-7: 露点(Td)计算参数请注意公式中的 “ln()” 表示自然对数. RH 和 T 应引用经过线性处理和补偿的数值。2.2光敏传感器（模拟量）
