电子防潮箱网络化监测系统软件设计【字数：9486】
摘 要温湿度指标在工农业生产中尤为重要，传统的有线传输方式不仅结构复杂，还存在安全风险，并且效率低下，有线传输方式已不能满足现代化的需求，因此无线传输越来越受到人们的关注。本设计提出电子防潮箱网络化监测，在原来有线的基础上，将有线改为无线通信。防潮箱主控芯片为STM8S，无线通信主控芯片为CC2530。由温湿度传感器SHT11采集温湿度数据，给STM8S进行处理，并通过数码管显示。无线网络由一个协调器和多个终端组成，终端与防潮箱控制板通过串口通信，读取处理过后的数据，通过zigbee协议发送给协调器，协调器再发送给上位机，上位机通过串口调试工具显示温湿度数据。 本文主要分析了系统的硬件部分和软件部分，硬件主要是防潮箱控制板的硬件设计，软件部分主要是温湿度检测和zigbee组网。其中zigbee组网重点分析Z-stack协议栈，采用星型结构，实现点对多通信。
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2 无线通信技术发展现状 1
1.3 论文的主要工作 2
1.4 本文的组织结构 2
第二章 系统总体设计 3
2.1 Zigbee技术 3
2.2 Zigbee网络 3
2.2.1 Zigbee网络拓补结构 3
2.2.2 Zigbee网络设备 4
2.3 Zigbee协议栈 5
2.4 系统框图 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1 防潮箱温湿度采集模块 7
3.1.1 防潮箱温湿度采集 7
3.1.2 数码显示驱动 8
3.1.3 报警控制 8
3.1.4 MCU端口配置 9
3.2 Zigbee模块 10
3.2.1 CC2530 10
3.2.2 协调器节点硬件设计 11
3.2.3 终端节点硬件设计 11
3.3总结： 12
第四章 系统软件设计 12
4.1 软件开发环境 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.2 防潮箱温湿度采集软件 13
4.2.1 主程序和中断流程 13
4.2.2 防潮箱温湿度采集 15
4.3协调器节点软件 18
4.3.1初始化 19
4.3.2数据发送请求 20
4.3.3数据接收函数 21
4.3.4总结： 23
4.4 终端节点软件 23
4.4.1初始化 24
4.4.2事件处理函数 24
4.4.3数据发送函数 25
4.4.4总结： 27
第五章 系统调试 27
5.1 软件部分 27
5.2 硬件部分 28
第六章 总结与展望 29
6.1 总结 29
6.2 设计不足 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
在一些工农业现场、科研、仓库等环境中, 温湿度指标尤为重要，这就离不开对温湿度的实时采集, 再传输给上层监控室，在监控室就可了解环境实时温湿度情况，而传统的有线监测方式需要铺设电线到监测室,浪费空间和资源，并且有些偏僻的地方不适合用有线方式。如果监测网络选择有线网络,监测范围越大，监测节点越多，其成本也就越高[1]，如果使用时间长了，还存在线路老化的问题，不仅影响测量精度，还会带来火灾等安全问题，因此无线通信代替有线势在必行。Zigbee是无线通信的一种，具有低成本，低功耗，网络节点量大，组网能力好，可靠性高的优点，这为温湿度实时监测系统提供了一个实用的技术平台。采用Zigbee技术，可降低成本，提高扩展性，降低维护难度，大大提高采集效率，代表着未来的发展方向，具有十分长远的意义。
1.2 无线通信技术发展现状
无线通信技术主要有三种 ：Zigbee，WiFi和蓝牙。它们各自的优缺点如下：
Zigbee技术：
Zigbee是一种短距离无线网络通信技术，协议相比于WiFi和蓝牙比较简单，功耗低，成本低。Zigbee的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4(无线个人区域网)协议标准，在此基础上进行了完善和扩展，其网络层、应用层规范(API)由Zigbee联盟进行了制定[2]。它的应用目标主要是：终端节点数多，功耗要求低或者是安全程度高的场合，比如工业控制，智能家居。
WiFi技术：
WiFi的覆盖半径为100?m，介于zigbee和蓝牙之间，最大优点是移动性较强，手机里用的都是WiFi。WiFi采用射频技术，容易受到电磁干扰，同时还存在安全隐患，如果发送的数据包足够多，即使加密了，也可能被破解。另外WiFi功耗比较大，组网能力较差。
蓝牙技术：
蓝牙工作频段为2.4GHz，也是一种近程无线通信技术，它的电波覆盖半径最短，只有15m左右，其功耗介于Zigbee与WiFi之间。另外，制约其发展的还有蓝牙协议复杂，成本较高，网络节点数较少。同时也存在着易受干扰，信息安全等方面的问题。
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表 1.1.三种无线通信技术的比较
通过对各个无线通信技术的分析，结合表1.1，我们可以发现，Zigbee 技术具有低功耗，低成本，协议简单和组网能力强等优点，特别适合用于我们这种传感器数目较少的无线传感器网络，所以本文采用Zigbee 技术。
1.3 论文的主要工作
本论文的主要工作是分析基于Zigbee 技术的电子防潮箱监测系统的软件设计，在原来有线传输的基础上，将有线改为无线。软件部分包括温湿度采集程序和Zigbee组网两个部分，其中最主要的是Zigbee组网，包括终端节点和协调器节点的程序设计，无线网络由一个协调器和多个终端组成。软件的开发是通过TI公司的Zstack实现的，编译环境为IAR。温湿度采集程序的开发环境为ST Visual Development，最后使用ST Visual Programmer进行烧录。
1.4 本文的组织结构
第一章为绪论，介绍本文的研究背景与意义，简单介绍无线通信的发展现状，并就目前几种主流无线通信技术的应用领域及其优缺点做了比较，选择了Zigbee技术来实现温湿度监测，最后介绍本文的主要工作和组织机构。
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2 无线通信技术发展现状 1
1.3 论文的主要工作 2
1.4 本文的组织结构 2
第二章 系统总体设计 3
2.1 Zigbee技术 3
2.2 Zigbee网络 3
2.2.1 Zigbee网络拓补结构 3
2.2.2 Zigbee网络设备 4
2.3 Zigbee协议栈 5
2.4 系统框图 6
第三章 系统硬件设计 7
3.1 防潮箱温湿度采集模块 7
3.1.1 防潮箱温湿度采集 7
3.1.2 数码显示驱动 8
3.1.3 报警控制 8
3.1.4 MCU端口配置 9
3.2 Zigbee模块 10
3.2.1 CC2530 10
3.2.2 协调器节点硬件设计 11
3.2.3 终端节点硬件设计 11
3.3总结： 12
第四章 系统软件设计 12
4.1 软件开发环境 12 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.2 防潮箱温湿度采集软件 13
4.2.1 主程序和中断流程 13
4.2.2 防潮箱温湿度采集 15
4.3协调器节点软件 18
4.3.1初始化 19
4.3.2数据发送请求 20
4.3.3数据接收函数 21
4.3.4总结： 23
4.4 终端节点软件 23
4.4.1初始化 24
4.4.2事件处理函数 24
4.4.3数据发送函数 25
4.4.4总结： 27
第五章 系统调试 27
5.1 软件部分 27
5.2 硬件部分 28
第六章 总结与展望 29
6.1 总结 29
6.2 设计不足 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
在一些工农业现场、科研、仓库等环境中, 温湿度指标尤为重要，这就离不开对温湿度的实时采集, 再传输给上层监控室，在监控室就可了解环境实时温湿度情况，而传统的有线监测方式需要铺设电线到监测室,浪费空间和资源，并且有些偏僻的地方不适合用有线方式。如果监测网络选择有线网络,监测范围越大，监测节点越多，其成本也就越高[1]，如果使用时间长了，还存在线路老化的问题，不仅影响测量精度，还会带来火灾等安全问题，因此无线通信代替有线势在必行。Zigbee是无线通信的一种，具有低成本，低功耗，网络节点量大，组网能力好，可靠性高的优点，这为温湿度实时监测系统提供了一个实用的技术平台。采用Zigbee技术，可降低成本，提高扩展性，降低维护难度，大大提高采集效率，代表着未来的发展方向，具有十分长远的意义。
1.2 无线通信技术发展现状
无线通信技术主要有三种 ：Zigbee，WiFi和蓝牙。它们各自的优缺点如下：
Zigbee技术：
Zigbee是一种短距离无线网络通信技术，协议相比于WiFi和蓝牙比较简单，功耗低，成本低。Zigbee的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4(无线个人区域网)协议标准，在此基础上进行了完善和扩展，其网络层、应用层规范(API)由Zigbee联盟进行了制定[2]。它的应用目标主要是：终端节点数多，功耗要求低或者是安全程度高的场合，比如工业控制，智能家居。
WiFi技术：
WiFi的覆盖半径为100?m，介于zigbee和蓝牙之间，最大优点是移动性较强，手机里用的都是WiFi。WiFi采用射频技术，容易受到电磁干扰，同时还存在安全隐患，如果发送的数据包足够多，即使加密了，也可能被破解。另外WiFi功耗比较大，组网能力较差。
蓝牙技术：
蓝牙工作频段为2.4GHz，也是一种近程无线通信技术，它的电波覆盖半径最短，只有15m左右，其功耗介于Zigbee与WiFi之间。另外，制约其发展的还有蓝牙协议复杂，成本较高，网络节点数较少。同时也存在着易受干扰，信息安全等方面的问题。
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表 1.1.三种无线通信技术的比较
通过对各个无线通信技术的分析，结合表1.1，我们可以发现，Zigbee 技术具有低功耗，低成本，协议简单和组网能力强等优点，特别适合用于我们这种传感器数目较少的无线传感器网络，所以本文采用Zigbee 技术。
1.3 论文的主要工作
本论文的主要工作是分析基于Zigbee 技术的电子防潮箱监测系统的软件设计，在原来有线传输的基础上，将有线改为无线。软件部分包括温湿度采集程序和Zigbee组网两个部分，其中最主要的是Zigbee组网，包括终端节点和协调器节点的程序设计，无线网络由一个协调器和多个终端组成。软件的开发是通过TI公司的Zstack实现的，编译环境为IAR。温湿度采集程序的开发环境为ST Visual Development，最后使用ST Visual Programmer进行烧录。
1.4 本文的组织结构
第一章为绪论，介绍本文的研究背景与意义，简单介绍无线通信的发展现状，并就目前几种主流无线通信技术的应用领域及其优缺点做了比较，选择了Zigbee技术来实现温湿度监测，最后介绍本文的主要工作和组织机构。
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