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摘要I摘要本设计主要包括终端节点、协调器控制单元和数据液晶显示三大部分。硬件设计部分，信息采集终端节点的传感器主要负责室内环境数据的实时采集，并将这些数据传送给采集模块处理器，由采集模块处理后将信息通过ZigBee无线通信网络发送至协调器控制中心。协调器控制单元的主控制器同样选用CC2530芯片，将CC2530芯片最小模块与核心板的标准接口连接，核心板的设计主要包含程序下载与功能仿真模块、板载USB转串口模块。测控系统的软件设计部分，主要包含采集节点的程序设计、协调器节点的主程序设计和通信模块的程序设计。采集节点的程序设计主要是保证数据的正常采集，协调器节点主程序是整个系统的核心部分，负责整个网络的建立和对采集终端的自动控制。系统中对室内温湿度及光照强度数据采用双位模糊控制算法进行自动处理，简化了系统内部指令控制的复杂性，极大的提高了室内测控系统的工作效率。通信模块主要是负责数据的收发，稳定可靠的数据传输为整个系统的正常运行提供了有效保障。经过多次对系统中各个功能模块的测试分析，测控系统中选择的传感器、协调器以及液晶显示模块都基本达到了预期的目的。本文设计的智能家居系统具有价格低廉、性能稳定、低功耗等优点，可以充分减少人力成本。关键词：无线传感网络；ZigBee技术；温湿度测控；CC2530qq749986419AbstractII目录IV目录摘要...............................................................I第一章概述.........................................................11.1课题研究的背景及意义........................................11.2课题研究的创新点............................................11.3论文的组织结构..............................................21.5本章小结....................................................2第二章智能测控系统硬件设计..........................................32.1测控系统的总体框架设计.......................................32.2系统核心板模块的硬件设计....................................42.2.1核心板模块微处理器的选取...............................42.2.2CC2530芯片基本电路设计...............................52.2.3核心板模块的PCB板制作.................................62.3采集节点的硬件电路设计......................................72.3.1温湿度传感器的选取.....................................72.3.2光照传感器的选取.......................................82.3.3数据采集模块的电路设计.................................92.3.4电源模块电路设计.......................................92.4协调器节点的硬件电路设计...................................102.4.1液晶显示模块设计......................................102.5本章小结...................................................11第三章智能测控系统软件设计........................................123.1测控系统的总体软件设计.....................................123.2数据采集终端的软件设计.....................................133.2.1采集终端总设计程序流程................................133.2.2温湿度及光照信息采集流程..............................133.2.3采集终端节点块收发程序设计............................143.3协调器节点软件设计.........................................163.3.1协调器数据显示单元程序设计............................163.3.2协调器节点通信主程序设计..............................174.4本章小结...................................................18第四章系统性能测试及分析...........................错误!未定义书签。4.1信息采集终端性能测试........................错误!未定义书签。4.1.1温湿度信息采集测试.....................错误!未定义书签。4.1.2光照信息采集测试.......................错误!未定义书签。4.2.1CC2530无线收发模块性能测试............错误!未定义书签。第一章概述1第一章概述1.1课题研究的背景及意义传感器网络为未来的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术实现手段。如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而独特的应用。除此之外，无线传感网络在空间探索、信息家电和智能家居都有着广泛应用。可以想见无线传感网络将会是人感官与思维的极大延伸，而根据摩尔定律，无线传感网络的节点将会更加趋于集成化、微型化和智能化，使我们的经济与社会发展得到更大的驱动力。但到目前为止，我国的大棚、日光温室内环境主要仍靠人工经验来管理，缺乏系统的科学指导。其栽培技术缺乏量化指标，主要靠管理者的经验，科技含量不足，只能被动地实现保温、降温、遮阳和防雨，而不能主动地调节温、光、水、肥、气，这几乎成了限制温室作物高产优质种植的主要障碍。可见，温室控制技术的发展，对于温室产业乃至我国的农业现代化进程具有深远的影响。很多温湿度监测环境范围大，测点距离远，布线很不方便。这时就要采用无线技术的智能网络化传感器进行采集。在本设计系统中各点的温湿度传感器SHT11将采集到的温湿度值送给CC2430进行处理，采用RS-485总线作为计算机与测控网络的接口，能准确测量范围内的温湿度，又能解决布线不便的问题。本设计的ZigBee技术的温湿度数据采集系统可被广泛应用于温湿度测量的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中。1.2课题研究的创新点本文的创新点主要有：1.本系统可以通过ZigBee无线传感器测控系统对协调器节点及终端节点采集的数据进行测控，并能够根据设定湿度值范围对温室内农作物进行智能化灌溉。2.本课题设计将无线传感技术、ZigBee技术、CC2530芯片技术有效的结合起来，系统的使用及功能扩展更加合理方便。第一章概述23.本系统从硬件选型、电路设计以及软件设计等方面采用低功耗、节能器件CC2530芯片，价格低廉，性能稳定。4.采用CC2530连接多个传感器的方式实现对多个参数进行准确采集，然后通过液晶屏进行实时显示，使得整个设计微型化、智能化、简便化，能够广泛的应用到温室的实时数据采集与测控系统中。1.3论文的组织结构本设计研究了基于ZigBee技术的温室测控系统，全文共分六章，内容概括如下：第一章主要介绍了目前温室测控技术发展的现状、研究背景及意义，以及通过ZigBee技术对温室内环境监控的优势。第二章首先说明了无线传感器网络的各模块功能和拓扑结构，然后对ZigBee技术的概念、特性以及对ZigBee无线通信功能实现进行简要的概述，最后对模糊控制技术在温室智能测控系统中的实际应用作了详细的介绍。第三章重点介绍温室测控系统的硬件设计，包含了系统核心板、采集终端节点及协调器节点三大主要功能的硬件部分。在核心板模块，介绍了微处理器的选取及CC2530芯片基本电路设计。接着在采集终端模块，重点介绍了温湿度、光照传感器的选取及采集模块的硬件电路设计。最后，在协调器节点模块，对协调器组成、板载USB转串口模块及液晶显示模块作了详细的说明。第四章是系统的软件设计部分，首先介绍了温室测控系统中总体软件设计，接着介绍了采集终端温湿度及光照数据采集的软件设计及协调器的软件设计流程。第五章是系统的调试与测试部分，主要测试了传感器节点数据采集能否按照预定目标工作，并对CC2530芯片的通讯功能做了具体测试，通过结果分析，传感器和通信模块的选择满足无线数据采集系统的基本要求。第六章是论文的总结部分，对所设计的系统进行了归纳总结和进一步展望。1.5本章小结本章首先介绍了目前温室测控技术发展的现状、研究背景及意义，然后提出本套系统的创新点，并介绍了通过ZigBee控制芯片连接多个传感器并通过液晶屏实时显示的优势，最后对本文的组织结构进行了详细的介绍3第二章智能测控系统硬件设计2.1测控系统的总体框架设计本课题是一套针对智能家居实时信息采集并显示的自动化测控系统。针对传统成本比较高、设备比较复杂的信息采集方式，本系统采用价格低廉、性能稳定的ZigBee无线数据传输完成对室内温湿度、光照的智能控制。智能测控系统的设计目标是利用ZigBee芯片CC2530、温湿度传感器、光照传感器设计一套多传感器融合智能测控系统。与传统的温室控制系统相比，该系统不仅具有根据湿度值将节点采集的温湿度、光照数据通过ZigBee无线通信技术发送至中心处理器及测控中心[23]。系统不仅价格低廉、性能稳定。本系统在主要有ZigBee终端采集节点、ZigBee协调器信息处理节点和具有液晶显示的测控中心三部分构成。如图3.1所示。温湿度传感器光照传感器灌溉系统CC2530终端节点射频模块射频模块CC2530协调器节点测控中心液晶显示电波ZigBee终端节点ZigBee协调器电源模块图3.1温室智能测控系统总体框架终端采集节点的主要功能是通过数字型高精度温湿度传感器SHT10采集温室内环境的温湿度，采用微型封装的高速高灵敏度光电二极管BPW34S采集温室内光照的强度，通过终端节点的芯片CC2530实现对温室内植物的灌溉，并将采集到的温湿度及光照数据通过ZigBee无线通信方式发送给中心协调器对数据进行处理。ZigBee协调器节点的功能主要分为以下两个方面：一方面同终端采集节点一样完成对温湿度及光照的信息采集，并直接通过协调器的处理器对数据进行处理。另一方面协调器节点需要一直处于工作状态，随时对终端节点发送过来的数据接收并处理。若温湿度达到到一定的数值，会通过协调器上位机控制器对终端采集节点发送开启灌溉功能的指令，直到温湿度恢复正常值域，灌溉系统才会停止工作。测控中心主要是负责对温湿度及光照强度的实时监测，并通过JLX12864液晶显示相关参数数值。测控中心还是计算机与CC2530芯片之间的接口，可以下载及调试无线传感器实际应用程序。在本系统中的设计有以下几方面的特点：41.可靠性。ZigBee技术采取CSMA-CA方式让传输中的数据避免产生