基于物联网的温湿度信息采集系统

兰州理工大学

计算机与通信学院

2014年春季学期

物联网综合应用课程实践设计

题目：基于物联网的温湿度信息采集系统

专业班级： _

姓名：

学号： _____

指导教师： _____

成绩：

摘要 (2)

前言 (3)

一基本原理 (4)

1.1硬件方面 (5)

1.1.1芯片SHT10介绍 (5)

1.1.2 CC2530介绍 (7)

1.2软件方面 (9)

1.2.1 zigbee协议介绍 (9)

1.2.2 zigbee协议栈结构 (10)

二系统分析 (14)

三详细设计 (16)

3.1 总体软件结构图 (16)

3.2硬件模块设计 (17)

3.3 编码 (18)

四总结 (20)

五参考文献 (21)

六致谢 (21)

附录 (22)

摘要

温湿度数据的采集、传输以及处理，广泛应用于森林火灾的防范，粮仓的温湿度控制以及家庭智能化控制等领域内。针对传统的有线方式检测、采集、传输中节点分散需要大量布线等问题，本设计主要从无线传感方向进行改进，本次课程设计介绍了一种基于CC2530和数字温湿度传感器的温湿度采集系统。该系统采用Zigbee无线通信技术结合传感器，通过运用Zigbee协议架构组建无线传感网络,实现主从节点的数据采集和传输,以及一点对多点，两点之间的通信。并详细阐述了基于Zigbee协议栈的中心节点和终端节点的协议传输，主要是从Zigbee协议栈网络层里AODV路由协议着手，阐述在网络层如何通过AODV路由协议进行节点间的连接以及数据的收发。

关键字:温湿度数据采集; CC2530;Zigbee协议栈; 无线传感网络

前言

温度是表示物体冷热程度的物理量，湿度，表示大气干燥程度的物理量。温度的自动监测已经成为各行业进行安全生产和减少损失的重要措施之一。传统的温度测量方式测量周期长，施工复杂，不便于管理，并且在有些特定场合如封闭，高压等环境下根本无法测量。但是往往这些场合容易引起很大的事故。因而温度的无线传输显的越来越重要。

在生活方面，比如智能建筑可以感知随处可能发生的火灾隐患，及早提供相关信息；根据人员分布情况自动控制中央空调，实现能源节约；及时掌握酒店客房内客人的出入信息，以便在有突发事件时能及时准确的发出通知，确保客人的人身财产安全。

在医疗领域的方面，主要包括跟踪治疗、移动观察、远程医疗、患者数据管理、药物跟踪、手机求救、病人数据收集、医疗垃圾跟踪和短信沟通等多方面的新应用。

由此可知，温度和湿度对日常生产生活都有很重要的意义。因此，对二者的采集、监控、分析等就显得尤为重要。本课程设计就对嵌入式温湿度采集系统进行详细分析和设计。

Zigbee技术在Zigbee联盟和IEEE 802.15.4的推动下，结合其他无线技术，可以实现无所不在的网络。它不仅在工业，农业，军事，环境，医疗等传统领域具有巨大的应用价值，未来在应用中还可以涉及人类日常生活和社会生产活动所有领域。由于各方面的制约，Zigbee技术的大规模的商业应用还有待时日，但已经显示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的日趋成熟和发展推进，一定会得到更广泛的应用。

一系统原理

本实验将使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据。最后将采样到的数据转换然后在LCD上显示。其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O （P1.0和P1.1）模拟一个类IIC的过程。

CC2530 是基于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和RF4CE 上的一个片上系统解决方案。其特点是以极低的总材料成本建立较为强大的网络节点。CC2530 芯片结合了RF 收发器，增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他模块的强大的功能。如今CC2530 主要有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/256KB 的闪存。其具有多种运行模式，使得它能满足超低功耗系统的要求。同时CC2530运行模式之间的转换时间很短，使其进一步降低能源消。

1.1硬件方面

1.1.1芯片SHT10介绍

SHT10 是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的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。

SHT10 引脚特性如下：

1. VDD，GND SHT10 的供电电压为

2.4~5.5V。传感器上电后，要等待 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。

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