基于ZigBee的磁场检测系统.doc

计算机科学与技术学院ZigBee无线网络原理课程设计报告 设计题目：基于Zigbee的磁场检测系统 设计人员： 指导老师：2017年 06 月目录摘要IAbstractII1 设计目的12 设计内容22.1 磁场检测系统的工作原理22.2 设计方案23 实验器材24 实验电路图35相关模块的性能参数66 软件程序功能实现模块66.1应用层代码66.2显屏程序87 实物展示148 小组分工159 设计总结1510实验小组成员评分16参考文献17II摘要随着社会的发展，无线网络发展的越来越快，作为无线网络中的zigbee也是大受关注。本课题研究的是基于ZigBee技术，设计和实现了一种无线传输检测磁场新的解决方案。设计以电脑控制端、ZigBee技术、霍尔传感器模块等硬件模块组成的检测系统。实现当有磁场靠近传感器时指示灯亮并且上位机有提示的功能。使得磁场检测变得方便简洁。关键字：ZigBee；干簧管传感器；磁场检测12AbstractWith the rise of the Internet of things, ZigBee technology with its unique advantage is to provide us with more high quality convenient technological achievements. This topic research is based on ZigBee technology, designed and implemented a new wireless transmission test magnetic field solution. Design with computer control end, ZigBee technology, hall sensor module of hardware module testing system. Implementation when there is a magnetic field sensor near the indicator and the upper machine has the function of the tip. Make the magnetic field detection becomes convenient and concise.key words ZigBee Misensor Magnetic field detection1 设计目的 本次设计要求实现一个PC端可以接收到下位机传来的数据并判断周围是否有强烈磁场的功能。PC端控制软件可以用VB语言，对VB串口控件要熟悉的掌握。同时要求学生对CC2530芯片编程和zigbee协议栈有相当程度的理解以及熟练的应用，熟悉ZigBee串口以及中断的使用，会基本的C语言熟练掌握IAR FOR 8051软件的用与程序下载以及手机软件开发环境。2 设计内容 2.1 磁场检测系统的工作原理我们运用干簧管传感器采集到的信号传输给系统处理核心单片机CC2530。当出现磁场时时，磁场会使干簧管传感器中密封于一装填有高纯度的惰性气体玻璃管中的端点处分隔的距离仅约几个微米两片簧片端点位置附近产生不同的极性， 结果两片不同极性的簧片将互相吸引并闭合，电路由高电平变成低电平。 2.2 设计方案（1）了解干簧管传感器工作原理，根据原理画好PCB原理图。（2）根据PCB原理图自制PCB板电路，将液晶屏，干簧管,CC2530单片机等相关元件设备进行集成。（3）测试PCB电路，检查相关电路能否正常工作，以及核心板的能否正常调试。（4）在完成电路调试后，用jlink下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动。（5）实验完成后做好相应的实验总结。3 实验器材此处用CC2530芯片用作接收信息和控制芯片，实现无线遥控，单跳控制距离可以达到100米以上，L298N驱动模块(驱动电机)（1） 干簧管传感器（2） 磁铁（3） 电脑和ZigBee核心板和JLINK下载模块及其相关的驱动（4） 杜邦线若干，电池若干（最好是可以充电的）4 实验电路图和系统框图 上 位 机 串口 协 调 器 终 端 zigbee 发送数据 发送数据 图3.1 干簧管传感器接口电路 图3.2 终端电路图协调器原理图协调器PCB图图3.3 终端PCB图5相关模块的性能参数Zigbee核心板介绍CC2530是TI 公司推出的最新一代ZigBee标准芯片，适用于2.4GHz、IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用。CC2530包括了极好性能的一流RF收发器，工业标准增强性8051MCU，系统中可编程的闪存，8KB RAM以及许多其它功能强大的特性，可广泛应用在2.4-GHzIEEE 802.15.4系统，RF4CE遥控制系统，ZigBee系统，家庭/建筑物自动化，照明系统，工业控制和监视，低功耗无线传感器网络，消费类电子和卫生保健。CC2530改进了CC2430RF性能，多达32/64/128/256KB闪存以支持更多、更广泛应用，强大地址识别和数据包处理引擎， 能够很好的匹配RF前端，封装更小，IR一代电路以及支持ZigBee 2007/PRO 和ZigBee RF4CE。CC2530模块性能和参数如下：ZigBee标准2.4G收发器;支持802.15.4、ZigBee2007、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE标准。增强型8051微控制器。32/64/128/256KB闪存。8KB RAM。2个UART/12位ADC。4个定时器。21个通用I/O。4种供电模式。2.0-3.6V工作电压。RSSI/LQI支持。DMA功能。支持CSMA/CA。AES加密协处理器。最大输出功率10dBm。接收灵敏度-97dBm。RX：24mA。TX：29mA。低功耗：0.4uA适合嵌入产品当中的尺寸：长34mm X 宽23mm通讯距离更远，组网更灵活，带有TI全球唯一地址编码 干簧管传感器性能参数1、采用进口常开型干簧管2、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。3、工作电压3.3V-5V4、输出形式 ：数字开关量输出（0和1）5、设有固定螺栓孔，方便安装6、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm7、使用宽电压LM393比较器 8、干簧管需要和磁铁配合使用，在感应到有一定的磁力的时候，会呈导通状态，模块输出低电平，无磁力时，呈断开状态，输出高电平，干簧管与磁铁的感应距离在1.5cm之内，超出不灵敏或会无触发现象。9、模块DO输出端可以与单片机I/O口直接相连，通过单片机可以检测干簧管的触发状态。10.模块DO输出端与继电器IN端相连，组成大功率干簧管开关，直接控制高电压。6 软件程序功能实现模块6.1应用层代码Zigbee协议栈部分程序#include ZComDef.h#include hal_mcu.h#include hal_defs.h#include SampleAppHw.h/* * CONSTANTS */* NOTE: A jumper on SmartRF05 header P18 is used to select device start-up as * a ZigBee Coordinator. The jumper connects GPIO pins P0.2 and P0.3: * On SmartRF05 Rev 1.3 or earlier: P0.2=P18 pin 7, P0.3=P18 pin 9 * On SmartRF05 Rev 1.7 or later: P0.2=P18 pin 9, P0.3=P18 pin 11 */#define JUMPERIN_BIT BV(2) /P0.2#define JUMPERIN_SEL P0SEL#define JUMPERIN_DIR P0DIR#define JUMPERIN P0#define JUMPEROUT_BIT BV(3) /P0.3#define JUMPEROUT_SEL P0SEL#define JUMPEROUT_DIR P0DIR#define JUMPEROUT P0/* * fn readCoordinatorJumper * * brief Checks for a jumper between 2 GPIO pins to determine if the device * should start-up as a ZigBee Coordinator * * return TRUE if the jumper is there, FALSE if not */uint8 readCoordinatorJumper( void ) uint8 i,j; uint8 result; JUMPERIN_SEL &= (JUMPERIN_BIT); JUMPERIN_DIR &= (JUMPERIN_BIT); JUMPEROUT_SEL &= (JUMPEROUT_BIT); JUMPEROUT_DIR |= JUMPEROUT_BIT; / Start with output bit OFF JUMPEROUT &= (JUMPEROUT_BIT); for ( i = 0; i 8; i+ ) for ( j = 0; j 8; j+ ) / Burn time for input to see change result = JUMPERIN & JUMPERIN_BIT; j = i & 0x01; if (j = 0) & (result != 0) | (j != 0) & (result != JUMPERIN_BIT) return ( FALSE ); / Toggle the output bit JUMPEROUT = JUMPEROUT_BIT; return ( TRUE );7 实物展示8 设计总结经过这一段时间的课程实践，我们收获颇多。在老师的帮助与指点下，我们从对ZigBee几乎一无所知到画底板原理图、PCB图，制板焊接等，到写程序、下载程序、调试程序的过程中，我们遇到了很多困难，但最后都在自己的努力和同学的帮助下顺利完成了课程实践。我们不仅学会了有些实用的东西，就像画电路图、制板、焊接、用j-link下载程序等各种技巧与方式，还明白了团结的力量是巨大的，收获了友谊。分工合作让我们的工作变得更简单，同时也大大提高了工作效率。不管我们做出来的东西是好是坏，最起码我们从中学到了知识、技巧，我们学到的才是属于我们的。这次课程实践是给们留下了深刻的印象，感谢老师和同学在实践过程中给予的帮助，我们受益匪浅！参考文献1无线龙，zigbee无线网络原理M，北京：冶金工业出版社.2Yu Chengbo.Liu Yanfei.Wang Cheng Research on ZigBee wireless work based on Modbus protocol 20092.3许洪华.刘科基于Modbus协议的ZigBee工业以太网网关设计期刊论文-微计算机信息 2009.4刘桂臣.阳宪惠 Modbus报文有线/无线混合传输的实现 2008.5涂煊.彭瑜.周怡颋 Modbu