基于智能家居的无线传感器网络节点设计

河南科技大学电子信息工程学院

无线发送和接收接收过程分析： 当有数据通过无线发送到应用层时，应用层会发送1个 AE_INCOMING_MSG_CMD消息事件。 case AF_INCOMING_MSG_CMD： GenericApp_MessageMSGCB(MSGpkt)； break： 这里表示收到AF_INCOMING_MSG_CMD消息事件， 然后调用收到消息事件的信息处理函数 GenericApp_MessageMSGCB(MSGpkt)，开始接收数据并 通过调用串口HalUARTWrite(uint8 port，uint8*buf，uintl6 len)写函数发送接收到的数据。
基于智能家居的无线传感器网 络节点设计
设计要求 ：


低功耗 较高处理速度 廉价的传感器网络节点 通信协议实现符合IEEE802.15.4标准 工作在2.4GHz频段上 能够采集环境中的温度、烟雾等信息


无线传感器网络一般结构
传感器节点体系结构
本设计系统组成
传感器模块 主控模块和射频模块ＣＣ２４３０ 能量供应模块 外围电路模块
s
二.主控模块和射频模块
本设计采用CC2430芯片，将数据处理模块 和数据通信模块整合到一块芯片，简化了装置， 更加利于在家居中的安装。 CC2430芯片中数据 处理模块（ＭＣＵ）对采集来的信息进行处理 和运算，数据通信模块负责对处理完的信息进 行无线收发。最后信息由汇聚节点传输到上位 机。
CC2430芯片
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串口通信代码简要分析：
typedef struct { bool configured; uint8 baudRate; bool flowControl; uint16 flowControlThreshold; uint8 idleTimeout; halUARTBufControl_t rx; halUARTBufControl_t tx; bool intEnable; uint32 rxChRvdTime; halUARTCBack_t callBackFunc; } halUARTCfg_t;
四.外围电路模块
串口通信部分
节点串口通 信部分使用 CC2430芯片 与MAX232 电平转换芯 片连接 。 MAX232电 平转换单元 电路如图所 示。
JTAG接口
JTAG接口电路图 设计JTAG接口是为了进行芯片的调试和仿真。
结论



一．在室内数据采集中,采用基于ZigBee技术构建 的低成本、低功耗的无线传感器网络克服了有线 传感器网络的局限性。 二．在单一传感器节点故障后,可以依据其他正常 的传感器提供信息,从而正确反映了室内的温度,提 高了采集精度,为温室控制提供了依据。 三．与现有的无线传感器网络相比,它具有节点成 本低、网络容量大和生存周期长等优点。
CC2430 增强型8051 内核使用标准8051 指令 集，具有8 倍的标准8051 内核的性能。这是 因为：


1)每个时钟周期为一个机器周期而标准8051 中 是12 个时钟周期为一个机器周期。 2)除去被浪费掉的总线状态的方式
三.能量模块
源自文库
USB电源
能量供应模块为传感器节点提供运行所需的能量，本 设计的供电单元采用AMS1117稳压器，加上一些必要的外 围元件构成，可以把5V转为3.3V，为其他模块提供稳定的 3.3V电压。供电单元电路如图所示 。
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部分代码简单分析：
#define HAL_KEY_SW_1_PORT P0 /* Port location of SW1 */ #define HAL_KEY_SW_1_BIT HAL_KEY_BIT6 /* Bit location of SW1*/ #define HAL_KEY_SW_1_SEL P0SEL /* Port Select Register for SW1 */ #define HAL_KEY_SW_1_DIR P0DIR /* Port Direction Register for SW5 */ /* Port Input Mode Register for SW5 */ #define HAL_KEY_SW_1_INP P0INP #define HAL_KEY_SW_5_IEN IEN1 /* Interrupt Enable Register for SW5 */
网络层（NWK）
应用支持层(APS) 应用程序框架（AF）
网络层目录（NWK）
网络层目录（NWK） 配置文件目录（Profile）和应用程 序（sapi）
ZigBee 设备对象（ZDO）
设备对象目录（ZDO）
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1. 端口定义 我们硬件原理图中接了两个开关，4个 LED灯，一个温度传感器和一个烟雾（二 氧化碳浓度）传感器。

一.传感器模块
传感器选用：
◆温度传感器DS18B20 ◆光照传感器TSL2561 ◆烟雾传感器MQ-2
温度传感器DS18B20
DS18B20 实物图
DS18B20电路原理图和外部接线
器件特征
◆电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据 线供电 ◆测温范围：－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度 为±0.5℃ ◆ DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并 联在唯一的三线上，实现组网多点测温 ◆在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字， 12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字， 速度更快 ◆测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串 行传送给CPU
温度传感器程序：
烟雾传感器程序设计：
CC2430管脚俯视图
CC2430 内 部 构 成
CC2430电路原理图
CC2430 芯片的主要特点
●高性能、低功耗的 8051 微控制器内核； ●适应 2.4GHzIEEE 802.15.4 的RF 收发器； ●极高的接收灵敏度和抗干扰性能； ●强大的 DMA 功能； ●只需极少的外接元件； ●掉电方式下，电流消耗只有 0.9ｕA，外部中断或者实时 钟(RTc)能唤醒系统； ●挂起方式下，电流消耗小于 0.6ｕA，外部中断能唤醒系 统；
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●设计内容简述 ●我的思路 ●我所做的工作
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本课题的主要研究内容是设计出面向 智能家居的传感器网络节点。
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具体来说就是设计出无线传感器网络 节点硬件，软件方面要求通信协议符合 IEEE802.15.4标准，传输工作在2.4GHz频 段上，能够采集环境中的二氧化碳浓度、 温度等信息。
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1. 练习C语言编程，熟悉8051编程。 2. 参考已有的硬件设计符合要求的硬件电路。 3. 学习ZigBee协议栈，修改例程。
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协议栈体系分层架构
物理层（PHY） 介质接入控制子层（MAC）
协议栈代码文件夹
硬件层目录（HAL） 链路层目录（MAC和Zmac）
烟雾传感器MQ-2
MQ-2电路原理图和外部接线
烟雾传感器MQ-2实物图
MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电 导率较低的二氧化锡(SnO2)。 传感器的电导率随空气中可 燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率 的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 器件特点： 1、在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 2、对液化气、丙烷、氢气 的灵敏度较高 3、长寿命、低成本 4、简单的驱动电路即可 5、体积小，安装方便
●电源电压范围宽(2.0～3.6 V)； ●具有 8 路输入8～14 位ADC； ●高级加密标准(AES)协处理器； ●2 个支持多种串行通信协议的USART； ●看门狗； ●1 个IEEE 802.5.4 媒体存取控制(MAC)定时器； ●1 个通用的16 位和2 个8 位定时器； ●支持硬件调试； ●提供强大、灵活的开发工具； ●小尺寸 QLP 48 封装， 7 mm×7mm。





/* Interrupt Enable bit for SW5 */ #define HAL_KEY_SW_5_IENBIT HAL_KEY_BIT5 注：#define HAL_KEY_BIT6 0x40 #define HAL_KEY_BIT7 0x80于hal_key.c文件