英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
基于DS18B20、CC2420和AT89S52的无线温度传感器网络
摘要
无线传感器网络(WSN)其中包括温度检测功能有着广泛的应用前景。因此，本文利用三个基本芯片，即：数字温度传感器DS18B20，无线芯片CC2420，单片机AT89S52，通过低速短距离无线个域网通讯技术ZigBee来设计无线温度传感器网络WTSN。这个新奇的网络按顺序将温度信息依次传递到变电站、节点、计算机，从而实现无线温度监测的功能。无线温度传感器网络WTSN对于检测功能具有突出的优势，其中包括较高的精度精度、较低的功耗、极高的性价比、高度的可靠性等等优点。因此，它可以在执行高效地温度测试的物联网领域中得到广泛的应用。
关键词：无线传感器网络WSN、无线温度传感器网络WTSN、温度传感器DS18B20、无线芯片CC2420、单片机AT89S52、无线个域网技术ZigBee。
1.介绍
无线传感器网络(WSN)集成了广泛的科学技术，其中包括传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和通信技术[1 - 3]。因为无线传感器网络（WSN）综合实现了实时监控、认知和采集等功能，所以被广泛应用于设备监控、仓库环境监控以及车辆运输等领域。特别的是，无线传感器网络（WSN）可以用于温度项目，并且进一步促使了无线温度传感器网络WTSN的出现[4、5]。
本文使用了三种基本芯片(数字式温度传感器DS18B20、无线芯片CC2420、单片机AT89S52)，通过低速短距离无线个域网通讯技术ZigBee设计一种新型无线传感器网络无线温度传感器网络WTSN [6]。无线温度传感器网络WTSN具有检测精度高，低功耗，高性价比和高可靠性的优点，无线温度传感器网络WTSN具有检测精度高，低功耗，高性价比和高可靠性的优点，从而可以有效地用于实际温度测试。下一个章节2 – 6分别给出了网络体系结构、硬件组成、软件设计、实验测试和结论的具体介绍。
2.整体网络架构
本节介绍了新的无线温度传感器网络WTSN的整体网络架构。相关的架构图，即：图1，提供如下图所示。
图1：整体新无线温度传感器网络WTSN的网络体系结构
无线温度传感器网络WTSN是由几种温度传感器组成的，他们最初的目标是为了收集环境温度，然后将温度信息转移到无线个域网ZigBee变电站，最后传送到中心节点和计算机进行处理。
事实上，无线温度传感器网络WTSN变成了具有一个中央节点和若干个变电站节点的构成的星状网络。接下来，我们将分别在第3和4章节对这个无线温度传感器网络WTSN的硬件组成和软件设计作详细介绍。
3.硬件结构
本节介绍了无线温度传感器网络WTSN的整体硬件结构。
首先，如图2所示，给出了温度探测器的硬件结构设计。温度探测器系统由六个部分组成。相比之下，变电站具有相同的硬件组成，但软件设计有所不同。事实上，温度传感器DS18B20用于收集调查的数据信息，传送到单片机AT89S52，在LED上显示结果，并通过无线芯片CC2420发送信息。事实上，温度传感器DS18B20用于收集调查的数据信息，传送到单片机AT89S52，在LED上显示结果，并通过无线芯片CC2420发送信息。然而，变电站的数据信息是先被无线芯片CC2420接收到，然后发送到单片机AT89S52上的，打开后并通过LED显示器显示出具体数据信息。
图2：温度探测器的硬件和设计新的无线温度传感器网络
无线温度传感器网络WTSN主要采用ZigBee协议。它是一种低功耗局域网协议IEEE802.15.4标准。它有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率的特性，因此被用于自动远程控制领域。接下来，我通过六个部分对六个硬件部分分别进行了研究。
3.1 AT89S52
单片机AT89S52是一种具有8 k闪存的低功耗，高性能的CMOS 8位单片机。它有灵活的8位CPU和系统可编程闪存。此外，它还有一个32位的I / O端口、一个看门狗定时器、两个数据指针、三个16位定时器/计数器、一个具有两个层次和六个载体的中断结构、一个全双工串行端口以及一块内嵌时钟电路的晶体。此外，单片机AT89S52还可以减少到0赫兹进行静态逻辑运算，因此可以选择节电模式进行工作。在空闲模式下，CPU停止当前的所有工作用以支持内存、定时器/计数器和串行端口的连续工作。在空闲模式下，CPU停止当前的所有工作用以支持内存、定时器/计数器和串行端口的连续工作。相比之下，在掉电保护方式工作下，RAM内容被保存了起来，振荡器被冻结，单片机停止所有工作，直到接受到下一个中断指令或硬件复位的指令。
3.2 DS18B20
DS18B20是达拉斯半导体公司研发的一个智能数字式温度传感器。它具有以下几个主要的特征：
(1)它具有独特的单线接口方式。它只需要一个口线连接微处理器就可以实现两个双向沟通。
(2)它不需要使用任何外围设备就可以单独进行工作。
(3)它可以通过数据线的可用电源有关电压的范围是： 3.0 V ~ 5.5 V。
(4)它可以测量的温度范围是：-55℃ ~ 125℃；关于温度测量分辨率是固有的0.5℃。
(5)它可以通过编程来实现9 ~ 12位的数字阅读模式。
(6)用户可以设置它的非易失性报警的上、下阈值。
(7)它支持网络功能与多播组等功能。因此，它可以并行只有三行，且具有多个数字温度传感器DS18B20，以实现多点温度测量。
其电路连接如图3所示。
图3：DS18B20电路连接
3.3 PCF8563
PCF8563是飞利浦公司研发的一个低功耗的多功能时钟/日历芯片。通过多个报警功能，时钟输出功能，中断输出功能相配合来完成各种复杂的时间服务。它的可编程输出频率是具有32.768千赫/ 1024 hz / 32 hz / 1赫兹的时钟信号。可以根据用户的需求来设置多功能时钟/日历芯片PCF8563，从而设置采集间隔，并能唤醒单片机收集温度和发送信号的功能。可以根据用户的需求来设置多功能时钟/日历芯片PCF8563，从而设置采集间隔，并能唤醒单片机收集温度和发送信号的功能。因此，一个专用的时钟，可以通过给系统提供标准时间从而有利于降低系统的功耗。多功能时钟/日历芯片PCF8563的电路连接如图4所示。
图4：多功能时钟/日历芯片PCF8563电路连接
3.4 CC2420
CC2420是Chipcon公司研发的一个用来满足2.4 GHz IEEE802.15.4标准的射频收发器。事实上，这是第一款适合无线个域网ZigBee的射频设备产品，并表现出稳定的性能和低功耗的特性。射频收发器CC2420的可选择性和灵敏度都超越了IEEE802.15.4标准，从而确保了进行短距离通信的有效性和可靠性。射频收发器CC2420的可选择性和灵敏度都超越了IEEE802.15.4标准，从而确保了进行短距离通信的有效性和可靠性。基于射频收发器CC2420的无线通信设备支持最高250 kbps的数据传输速率，从而可以实现多点对多点的快速网络通信功能。基于射频收发器CC2420的短距离射频传输系统具有低成本、低功耗、长时间供电的电池的特点。
射频收发器CC2420如下图5所示。
图5：射频收发器CC2420电路的键盘连接电路
用户可以通过键盘电路来调整上下报警阈值。这个键盘电路系统设置五个分别具有不同功能的按钮：
(1)功能键可以控制三个具有循环流动功能的显示区域，包括温度显示，高温报警，低温警报。
(2)上行键可以把温度显示/高低温报警的上限或下限加1。
(3)下行键可以把温度显示/高低温报警的上限或下限减1。
(4)存储键可以用来设置新的报警阈值。
(5)返回键可以通过取消当前设置来选择存储当前的报警阈值的报警限制，并且同时回到显示温度。
由于只有五个按钮，我们可以采用最简单的连接方法，即：每个I / O端口对应一个按钮，所以键盘电路可以连接到单片机的P2接口。
3.5 显示电路
显示电路可以显示监控器的温度信息。为了节约成本，设计了六个七段数码管。因此，尽管74 ls47显示译码器芯片可以用于驱动数码管，74 ls138芯片也可以用来选择数码管显示。显示电路可以连接到单片机的P0接口。相关的显示电路如图6所示。
图6：显示电路
4.软件设计
本节的重点是四个相关部分的软件设计部分。
4.1 温度探测器的程序设计
数字温度传感器DS18B20具有64位ROM用来表示64位序列号。这个序列号在被传递前是未定义的地址，可以被视为数字温度传感器DS18B20的地址编号。因此，每个数字温度传感器DS18B20都有着不同的序列号。此外，数字温度传感器DS18B20包括一个便条簿RAM和EEPROM。基于数字温度传感器DS18B20的通信协议，通过 CPU控制数字温度传感器DS18B20温度转换完成有三个步骤：
(1)在读写操作之前需要重置数字温度传感器DS18B20。
(2)重置成功后，数字温度传感器DS18B20将发送一个ROM命令。
(3)最后，数字温度传感器DS18B20将发送一个RAM命令。总之，只有通过完成上述步骤，我们才能对数字温度传感器DS18B20进行预定的操作。
温度探测项目包括主程序、中断子程序两个部分；中断子程序又包括定时中断子程序、中断子程序的无线中心节点的请求两个部分。相关的过程解释见图7三个子图形所示(即：图(7)(7 b)(7 c))。
图7：主程序图
图7 b：定时器中断的子程序图
图7 c：中断子程序的无线中心节点的请求
4.2 应用程序层的信息修改
应用程序层具有的特征信息存储在无线个域网ZigBee的def文件中。它作为应用程序开发的一部分，所以需要在实践过程中进行修改。
我们需要定义64位MAC节点的地址。尤其是后四个字节将由用户定义，而第一个默认的四个字节是唯一的标识符。相关的设置方法如下说明：
#define I_AM_COORDINATOR //通过协调器定义当前节点属性
#define MAX_NEIGHBORS 24 //定义子节点的最大数量值为24
#define MAX_HEAP_SIZE 2048 //定义间接发送帧缓冲区的最大内容是2048个字节
#define CLOCKee_FREQ_16000000 //定义CPU时钟频率位16兆赫
#define BAUD_RATE 19200 //定义传输波特率为19200个基点
4.3 数据传输
无线芯片CC2420可以通过4线SPI总线(SI，SCLK CSn) 来设置工作模式；因此，读/写状态寄存器可以实现读/写数据缓存。通过控制FIFO和FIFOP界面状态，可以设置传输/接收缓冲区。事实上，MSB对于SPI总线接口的地址和数据传输是一个优先的存在。事实上，MSB对于SPI总线接口的地址和数据传输是一个优先的存在。无线芯片CC2420具有33个16位的状态寄存器；在每个寄存器的读/写周期内，SI具有24个位数据。具体地说，它们是1位RAM /注册选择位(0：登记，1：RAM)，1位读/写控制位(0：写作，1：阅读)，6位地址选择，16位数据。在数据传输的过程中，CSn必须始终保持在较低水平。
MAC命令框用于发送数据，其18位的总数结构如表1所示。在此，我们提供如下所示的一些解释：
(1)帧标题使用了2个字节(FF，77)。
(2)每个数字温度传感器DS18B20都有一个独特的识别代码(源ID)，所以有4个字节。
(3)时间(包括年、月和日期)的展览共有6个字节，所以通过时钟芯片PCF8563的时间来传输数据。
(4)设计函数代码是为了实现无线温度传感器和上位机的交互。
(5)保留字节是为了对未来的其他应用程序和设置进行操作。
(6)检查字节是领先的数据字节数的总和。
表1：MAC命令的结构框架
|
帧标题 |
标识符代码 |
时间 |
温度数据 |
功能代码 |
保留位 |
校验 |
|
2位 |
4位 lt;全文共6846字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[142746]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
