Zigbee节点的液晶显示设计

ZigBee节点的液晶显示设计摘要2针对传统有线监控系统中布局复杂、线路过多、成本过高、维护困难等诸多问题，采用无线传感网络技术，提出了基于ZigBee的无线温度传感器设计方案。该方案基于一个简单的数据包装协议SPP(SimplePacketProtocol），选用数字温度传感器DS18B20对温度进行采集，通过满足ZigBee规范的无线射频芯片CC2530传输采集到的温度数据，经接收芯片处理数据后用液晶屏1602显示出来。首先从理论上研究cc2530芯片的数据收发原理及lcd1602液晶显示器的显示原理给出了无线传感器的结构，和系统硬件及软件的设计方案和具体实现，并从硬件和软件方面考虑了低功耗设计的要求，随后通过IAR编程软件对cc2530和lcd1602进行程序的编写，最后以仿真实验验证并分析了基于zigbee技术的无线通信模块可以在较低功耗下实现数据的传输和接受并将所传送的信息通过液晶显示器加以显示出来。研究结果表明,该无线温度传感器可以实现较远距离的温度实时监测，具有结构简单、价格便宜、耗电量低、可靠性高、扩展性好、配件灵活等特点，在生产生活中有非常广泛的推广应用前景。关键字：无线传感网络；Zigbee协议；CC2430；DS18B20；LCD1602TheLiquidCrystalDisplayDesignZigBeeNodesABSTRACT3Thetraditionalwiredmonitoringsystemhassomeproblemssuchascomplexdesign,highexpensive,difficultservicing.So,weproposeaprogramthatiswirelesstemperaturesensorbasedontheZigBeetechnology.Wediscussedthesystemstructure,thedesignofsoftwareandhardwareoftemperaturesensorbasedonZigBeetechnology.Inthispaper,basedontheSimplePacketProtocol(SPP)ofZigBeeprotocalstack,ItakethetemperaturesensorDS18B20tocollectthetemperaturedata,usetheCC2530RFchiptotransmitthemessageandreadthedatefromtheLiquidCrystalDisplay(LCD)1602.FirstlyIstudiedthecc2530chipandtheprincipleoflcd1602theoreticallyandshownthestructuresofwirelesssensorcommunicationandthehardwareandsoftwaredesignwhichconsiderstherequirementoflow-power.ThenIprogrammedthesoftwareofcc2530andlcd1602throughIARwhichisjusttheprogrammingsoftware.FinallyIsimulatedtheresultsofthisexperimenttoprovetheachievmentintransmittingdatawithZigbeewirelesscommunicationmoduleatlowpoweruseandshowingthedataonthescreenoflcd1602.Theexperimentalresultsshowthatthewirelesstemperaturesensorhassimplestructure,lowpower,lowcost,highreliability,goodextensibilityandflexibleconfiguration.Thewirelsstemperaturesensorwillwidelyapplytoourproductionandliving.Keywords:wirelesssensornetwork；zigbeeprotocol；cc2530;ds18b20;lcd16021目录1引言...................................................31.1Zigbee概述及其特性.....................................31.1.1Zigbee概述...........................................31.1.2Zigbee特性...........................................31.2国内外ZigBee技术的现状及发展趋势.......................31.2.1国内外Zigbee技术的发展现状...........................31.2.2Zigbee发展趋势.......................................41.3Zigbee网络的优势.......................................42系统硬件电路设计......................................62.1单片机CC2530..........................................62.1.1CC2530简介...........................................62.1.2CC2530引脚及功能描述.................................62.1.3CC2530应用电路图.....................................72.2温度传感器设计..........................................82.2.1DS18B20简介..........................................82.2.2DS18B20引脚介绍......................................82.2.3DS18B20工作原理......................................92.31602液晶显示器........................................102.3.11602液晶显示器简介..................................102.3.21602液晶显示器的引脚及功能描述......................113Zigbee无线传感器系统软件的设计......................1323.1Zigbee传输.............................................133.2系统程序设计............................................143.3协议栈..................................................143.4DS18B20温度场采集软件设计..............................153.51602液晶显示驱动程序流程...............................173.6电源接口................................................193.7软件试验中注意的事项....................................194开发环境及实验结果...................................204.1开发环境...............................................204.2实验结果...............................................215总结.................................................22参考文献...............................................23致谢.................................................2431引言1.1Zigbee概述及其特性1.1.1Zigbee概述Zigbee一词来源于蜜蜂的舞蹈，因为蜜蜂发现食物时，会通过跳一种Z形的舞蹈来传递信息，所以在中国被译为紫蜂。它是一种新兴的短距离无线通信技术，可嵌入各种各样的设备，应用于自动远程控制领域。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。1.1.2Zigbee特性①低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。③低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。④近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。⑤短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。⑥高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。⑦高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(AccessControlList,ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。⑧免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz(美国),868MHz(欧洲),2.4GHz(全球)。1.2国内外ZigBee技术的现状及发展趋势1.2.1国内外Zigbee技术的发展现状近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大的提高了人们的工作效率和生活质量。然装订线4而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，所以在近距离的各种设备间的无线通信如雨后春笋般的发展起来。纵观目前发展比较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但资源的消耗大，成本也比较高，并不能很好的适用于短距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得算距离无线通信成为可能，但其协议复杂，功耗高。所以一种基于IEEE802.15.4通信协议的且具有低功耗，低复杂度，更适应工业环境的zigbee技术在自动控制，传感，监控和远