无线led照明系统设计（zigbee）的设计与实现

目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题背景112可行性分析1121技术可行性1122经济可行性1123操作可行性113相关工作1131阅读并学习单片机C语言程序设计实例1132阅读并学习ZIGBEE通信协议相关资料22系统设计521设计任务与要求5211设计任务5212设计要求63系统硬件设计731主要模块的电路图832硬件系统的各组成模块11321控制器模块11322LED灯组模块1332388LED点阵模块13324ZIGBEE协议控制模块14325无线315控制模块15326电源模块164程序设计与烧写1741开发程序的调试与烧写17411ATMEGA16的使用17412ATMEGA16的开发流程1842无线LED照明系统的设计24421对变量的处理24422LED灯组程序部分24423LED88点阵程序部分25424串口数据传输程序部分28425进程协议解析程序部分34426程序主函数部分37结论38参考文献39致谢40外文原文41中文翻译50无线LED照明系统设计（ZIGBEE）的设计与实现摘要本次毕业设计的题目是无线LED照明系统（ZIGBEE）的设计与实现。本论文就毕业设计的内容，选用ATMEGA16单片机作主控制器，系统地阐述了整个由ZIGBEE协议支持的无线LED照明系统的功能及实现。在指导老师的帮助下设计并实现了从底层各LED照明器件的驱动控制，到通过进程控制各元器件的系统化编程，再到通过基由ZIGBEE协议发送的串口控制量来操控的无线LED系统。基本上实现了由ZIGBEE协议支持的无线LED照明系统的功能流程，能够通过ZIGBEE协议控制LED系统的花样演示。本系统操作界面简单直观，易于操作和使用，交互性强，基于ZIGBEE通信协议。关键词LED照明；无线控制；ZIGBEE通信协议；ATMEGA16；AVR单片机C语言DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEWIRELESSLEDLIGHTINGSYSTEMBYZIGBEEPROTOCOLABSTRACTTHEGRADUATIONPROJECTENTITLEDDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEWIRELESSLEDLIGHTINGSYSTEMBYZIGBEEPROTOCOLINTHISTHESIS,THECONTENTOFTHEGRADUATIONPROJECT,ASYSTEMATICEXPOSITIONOFTHEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHEWIRELESSLEDLIGHTINGSUPPORTEDBYZIGBEEPROTOCOL,WHICHCHOOSESATMEGA16MICROCONTROLLERASITSPRIMARYCONTROLLERFROMTHEGROUNDDRIVECONTROLOFEACHLEDLIGHTINGDEVICETOTHEVARIOUSCOMPONENTSOFSYSTEMATICPROGRAMMING,THROUGHPROCESSCONTROLTOTHEBASEAMOUNTWHICHCONTROLLEDBYZIGBEEPROTOCOLTOSENDASERIALPORTTOCONTROLTHEWIRELESSLEDSYSTEMSBASICALLYAFUNCTIONOFWIRELESSLEDLIGHTINGSYSTEMSUPPORTEDBYZIGBEEPROTOCOLISREALIZED,WHICHISABLETOCONTROLTHEDEMONSTRATIONOFLEDSYSTEMINAVARIETYOFWAYSTHESYSTEMINTERFACEISSIMPLEANDINTUITIVE,EASYTOOPERATEANDUSE,INTERACTIVE,FULLYBASEDONTHEZIGBEEPROTOCOLKEYWORDSLEDLIGHTINGWIRELESSCONTROLZIGBEEPROTOCOLATMEGA16AVR1绪论11课题背景无线LED照明系统设计一个智能控制系统，基由AVR单片机芯片的控制，可通过自动或手动操控模式来达到预期的显示效果，加上经由ZIGBEE协议下的无线操控，其在小区域内低成本、低功耗电路照明控制方便可靠稳定性强，节能环保并且不依赖现有的通信网络和电力网络，可广泛使用于生活照明和商用照明，即将跨入物联网时代的今天在工业控制、家庭智能化、无线传感器网络等领域都有广泛的应用前景。12可行性分析121技术可行性由于AVR单片机采用的是C语言编程，所以系统的编程实现只需要普通电脑安装AVRSTUDIO程序进行编程即可，对于程序往实际硬件上的烧写，由于有AVRFIGHTER现成的可快速将程序与熔丝位设置等烧写至硬件设备的软件再经由USBISP下载器完全可以快速实现程序对硬件的控制，程序的调试与修改也可以通过硬件的显示直观的得到验证。122经济可行性系统的程序部分是在常用的WINDOWS系统下的AVRSTUDIO开发程序里编写；系统的硬件部分由于只涉及到对LED电路的控制功能和终端与实际电路的通信功能，所以只需要用到常见的AVR单片机开发板加装各种LED元器件与通信串口再配合电脑的信号收发即可实现，开发成本预估计在300人民币左右，考虑到系统实现后移植到更大规模的电路系统中的实际应用与发展，可应用与街边商店LED广告版，公交车LED信息显示板等器材，其即使通信控制显示内容的优势显而易见，商业化经济效益还是非常可观的，在经济上完全可行。123操作可行性程序烧写在开发板上的AVR单片机芯片上，运行起来安全稳定、功耗低，在计算机端发送操作数据时准备使用串口调试助手程序，只需将各种电路控制操作与数据串对应，再由程序经过解析选择对应的控制函数即可，操作起来只需在串口调试助手里点选选项即可，方便直观、易于操作。13相关工作131阅读并学习单片机C语言程序设计实例在学习单片机C语言各种丰富的实例时除了对硬件驱动各部分的代码进行了深入的分析思考，对器材的引脚、熔丝位等方方面面的知识有了初步的了解，自己还稍微对目标程序系统的程序代码中函数部分的编写总结了一些书写上的需要注意的地方。1）设计原则函数的基本要求正确性程序要实现设计要求的功能。稳定性和安全性程序运行稳定、可靠、安全。可测试性程序便于测试和评价。规范可读性程序书写风格、命名规则等符合规范。扩展性代码为下一次升级扩展留有空间和接口。全局效率软件系统的整体效率高。局部效率某个模块子模块/函数的本身效率高。编制函数的基本原则单个函数的规模尽量限制在200行以内（不包括注释和空行）。一个函数只完成一个功能。函数局部变量的数目一般不超过510个。函数内部局部变量定义区和功能实现区（包含变量初始化）之间空一行。函数名应准确描述函数的功能。通常使用动宾词组为执行某操作的函数命名。函数的返回值要清楚明了，尤其是出错返回值的意义要准确无误。不要把与函数返回值类型不同的变量，以编译系统默认的转换方式或强制的转换方式作为返回值返回。减少函数本身或函数间的递归调用。尽量不要将函数的参数作为工作变量。2）函数定义函数若没有入口参数或者出口参数，应用VOID明确申明。函数名称与出口参数类型定义间应该空一格且只空一格。函数名称与括号之间无空格。函数形参必须给出明确的类型定义。多个形参的函数，后一个形参与前一个形参的逗号分割符之间添加一个空格。函数体的前后花括号“各独占一行。3）局部变量定义同一行内不要定义过多变量。同一类的变量在同一行内定义，或者在相邻行定义。先定义DATA型变量，再定义IDTATA型变量，再定义XDATA型变量数组、指针等复杂类型的定义放在定义区的最后。变量定义区不做较复杂的变量赋值。4）功能实现区规范一行只写一条语句。注意运算符的优先级，并用括号明确表达式的操作顺序，避免使用默认优先级。各程序段之间使用一个空行分隔，加以必要的注释。程序段指能完一个较具体的功能的一行或多行代码。程序段内的各行代码之间相互依赖性较强。不要使用难懂的技巧性很高的语句。源程序中关系较为紧密的代码应尽可能相邻。完成简单功能、关系非常密切的一条或几条语句可编写为函数或定义为宏。132阅读并学习ZIGBEE通信协议相关资料ZIGBEE是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZIGBEE协议从下到上分别为物理层PHY、媒体访问控制层MAC、传输层TL、网络层NWK、应用层APL等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802154标准的规定。ZIGBEE网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZIGBEE网络中的设备可分为协调器COORDINATOR、汇聚节点ROUTER、传感器节点ENDDEVICE等三种角色。长期以来，低价位、低速率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙的出现，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已。它依据802154标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。ZIGBEE技术所采用的自组织网是怎么回事，举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZIGBEE网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZIGBEE网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地。而这一点对工业现场控制而言则非常重要。所谓动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。在我们的网络管理软件中，路径的选择使用的是“梯度法”，即先选择路径最近的一条通道进行传输，如传不通，再使用另外一条稍远一点的通路进行传输，以此类推，直到数据送达目的地为止。在实际工业现场，预先确定的传输路径随时都可能发生变化，或者因各种原因路径被中断了，或者过于繁忙不能进行及时传送。动态路由结合网状拓扑结构，就可以很好解决这个问题，从而保证数据的可靠传输。而如今的ZIGBEE通信技术有如下优点低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。这是ZIGBEE的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WIFI可工作数小时。TI公司和德国的MICROPELT公司共同推出新能源的ZIGBEE节点。该节点采用MICROPELT公司的热电发电机给TI公司的ZIGBEE提供电源。低成本。通过大幅简化协议不到蓝牙的1/10，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZIGBEE免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。低速率。ZIGBEE工作在20250KBPS的速率，分别提供250KBPS24GHZ、40KBPS915MHZ和20KBPS868MHZ的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。近距离。传输范围一般介于10100M之间，在增加发射功率后，亦可增加到13KM。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。短时延。ZIGBEE的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15MS，节点连接进入网络只需30MS，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要310S、WIFI需要3S。高容量。ZIGBEE可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。高安全。ZIGBEE提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单ACCESSCONTROLLIST,ACL防止非法获取数据以及采用高级加密标准AES128的对称密码，以灵活确定其安全属性。免执照频段。使用工业科学医疗ISM频段，915MHZ美国,868MHZ欧洲,24GHZ全球。由于此三个频带物理层并不相同，其各自信道带宽也不同，分别为06MHZ,2MHZ和5MHZ。分别有1个,10个和16个信道。这三个频带的扩频和调制方式亦有区别。扩频都使用直接序列扩频DSSS，但从比特到码片的变换差别较大。调制方式都用了调相技术，但868MHZ和915MHZ频段采用的是BPSK，而24GHZ频段采用的是OQPSK。在发射功率为0DBM的情况下，蓝牙通常能有10米的作用范围。而ZIGBEE在室内通常能达到3050米的作用距离，在室外空旷地带甚至可以达到400米TICC2530不加功率放大。所以ZIGBEE可归为低速率的短距离无线通信技术。2系统设计21设计任务与要求211设计任务1安装AVRSTUDIO软件，在其中学习并编写单片机上的C语言程序；2使用USBISP下载器将开发板与实际电脑连通并使用AVRFIGHTER程序对测试代码进行实际开发板上的烧写与调试；3通过编程对开发板上的LED局部电路实现驱动与控制；4深入学习AVR单片机的端口编程、定时/计数器应用、中断程序设计等知识完成目标程序系统的初步搭建；5设计并编码基由ZIGBEE通信协议的系统程序的通信部分，完成通信数据的解析与控制变量的数据转换，实现LED照明系统通过收发数据的量化控制；6在程序的命令解析部分中通过函数的有序调用完成各部分无线LED照明系统中各元器件的条理、有效控制，使程序组合出的系统功能明确、控制有序；7在实际开发板中运行并完整实现基由ZIGBEE通信协议控制的LED电路系统。212设计要求1设计并使用ATMEGA16单片机及AVR开发板模拟单片机操控下的LED灯可控电路；2在开发板上加装ZIGBEE无线通信模块，驱动并实现串口数据信号的收发控制；3设计过程中使用AVRSTUDIO软件对设计的C语言程序进行编写与调试，模拟出无线LED照明控制系统；4驱动并实现开发板上LED灯和LED点阵的规律化图形化显示；5在无线遥控器的键控下实现对LED系统的局部控制操作用于系统的测试与调试；6充分利用ATMEGA16单片机资源，对开发板上无线通信协议下操控的LED灯、晶体管、8X8LED点阵进行综合操作使用。下面是对使用到的硬件设备的截图图21硬件设备截图3系统硬件设计单片机是整个系统的控制中枢，指挥其他器件的协调工作，从而完成特定的功能，硬件上采用模块化设计，每一个模块只实现一部分特定功能，之后再将个模块搭接在一起，以降低系统设计的复杂性。本系统主要由AVR开发板、8个LED构成的灯组、数码管显示器、8X8LED点阵、USBISP下载器、ATMEGA16芯片、无线315发射接收器、P9串口线、ZIGBEE节点等元器件组成。图31整体硬件构思框图图32开发板的整体布局实际开发板中A区主要包括ZIGBEE通信模块，B区主要包括LED灯组和数码管，C区主要有88LED点阵，D区主要有总线上各接线柱的选择，E区主要是单片机的芯片ATMEGA16，F区含一些无限315用到的接线柱，G区主要是电源相关的接口，H区有开发板上的控制小键盘，H区包含无限315的接收发射器，可通过指示灯查看信号接收情况。31主要模块的电路图图33ATMEGA16芯片电路图开发板上搭载的ATMEGA16芯片须正确插入对应插槽内，正向朝左。图34ZIGBEE节点部分电路图ZIGBEE节点部分在正确安装后会有指示灯闪烁，提示信号的接收。图358个LED灯组部分电路图如图35所示，8只LED灯经并联后由开发板内对应芯片引脚提供电压，控制通路。图36数码管及88LED点阵部分电路图数码管的控制原理类似多只LED灯组的组合控制，只需了解对应显示部分的位置编号即可控制。88LED点阵控制原理也类似，对对应方阵上的LED灯进行好初始化设置后，只需以数组形式将画面上对应发光的点亮通即可。图37P9串口部分电路图如图37所示，串口的电路较为复杂，其中数据的收发主要是通过图中2、3号接口完成的。图38无线315发射接收器模块电路图如图38所示，无线315部分电路在使用前需将发射接收器插入开发板对应插槽内，反插可能会将其中电路烧坏，接收的信号由另外独立的小遥控器发出。32硬件系统的各组成模块321控制器模块本模块采用的ATMEGA16是一种基于增强的AVRRISC结构的低功耗8CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATMEGA16的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。系统控制芯片采用ATMEGA16单片机，其引脚图如下图所示图39芯片引脚图ATMEGA16有如下特点16K字节的系统内可编程FLASH具有同时读写的能力，即RWW，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器T/C,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益TQFP封装的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；STANDBY模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展STANDBY模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。322LED灯组模块图310LED灯组图LED是发光二极管英文LIGHTEMITTINGDIODE的缩写格式，LED器件种类繁多，早期的LED产品是单个发光管，随着数字化设备的出现，LED数码管和字符管得到了广泛的应用，LED点阵等显示器件的出现，适应了信息化社会发展的需要，成为了大众传媒的重要工具。LED发光灯按类型可以分为单色发光灯、双色灯、三色发光灯、面发光灯、闪烁发光灯、电压型发光灯等，本设计使用单色红光LED灯组。LED发光灯结构由芯片、阳极引脚、阴极引脚和封装外壳四部分组成。它核心部分是具有复合发光功能的PN结，即芯片。封装外壳具有保护芯片的作用，还有透光聚光的能力，以增强显示效果。32388LED点阵模块图31188LED点阵实物图图31288LED点阵电路图随着LED应用领域的扩大，要求生产更为直接和方便的LED显示器件。因而出现了数码管、字符管、电平管、LED点阵等多种LED显示器。不管显示器的结构怎么变，它的核心部件仍然是发光半导体芯片。一个88的点阵是由64个发光二极管按一个规律组成的如图312所示的发光二极管，行接低电平，列接高电平，发光二极管导通发光。324ZIGBEE协议控制模块图313ZIGBEE通信部分实物图如图313所示，ZIGBEE协议下的通信控制模块可经由图中左侧串口直接与电脑相连进行数据传输，也可在完成串口调试后经由上方加装了DTK无线通信天线后的ZIGBEE模块节点实现无线通信。在通信时图313中的红方框所标注的R_232和T_232接线柱需同时短接。简单的说，ZIGBEE是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZIGBEE数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75M到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZIGBEE是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZIGBEE网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75M无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZIGBEE网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZIGBEE“基站”却不到1000元人民币。每个ZIGBEE网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZIGBEE网络节点FFD还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点RFD无线连接。325无线315控制模块图314无线315通信控制模块无线315通信控制模块由图314中的无线315接收器和一个小遥控发射器组成。其快捷、方便的操作方式成为无线LED控制系统的设计中不可或缺的部分，由于其发信器只有4个按键无法满足设计好的LED照明系统的完整功能显示所以用作LED电路系统编程时的部分电路驱动控制调试使用。315M无线模块广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。主要技术指标通讯方式调幅AM工作频率315MHZ/433MHZ频率稳定度200KHZ接收灵敏度106DBM静态电流5MA工作电流5MA工作电压DC5V输出方式TTL电平接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为105DBM，接收天线最好为2530厘米的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。326电源模块外部直流电源输入主板电源标准输入采用75V9V的直流电源，且电源最少能承受400MA的电流输出。因为7805为了输出5V的标准电压，输入电压至少有25V的压差，故需要75V9V的输入。但若5V输入，7805输出在28V左右。USBISP供电由于电脑各种USB接口输出电压不是标准5V，所以在AD采集上输入电压是USB所测电压的分配。尽管USBISP内部嵌入可熔断保险，然还是建议使用本主板时不要电源短路。尤其G区的P24电源集中输出区。这样的后果可能使电脑的USB口或主板发生故障。图315供电电源4程序设计与烧写41开发程序的调试与烧写由于程序的开发从头到位都离不开在开发板上的测试，所以首先要熟悉开发板上各元器件的功能、操作与参数，同时掌握对程序的实板烧写、熔丝位的了解与设置，以满足系统开发各个环节的需要。411ATMEGA16的使用芯片选择ATMEGA16，且放入芯片底座，注意方向，然后锁紧。电源选择外部75V9V电源输入或者USBISP供电（两者齐用或单独使用都无妨）。D区复位端口跳线选择AVR。图41单片机芯片ATMEGA16的使用412ATMEGA16的开发流程安装编译器安装“AVRSTUDIO419”建议默认安装。图42开发编译器安装编译工具安装“WINAVR20100110INSTALL”建议默认安装。图43编译工具安装USBISP驱动图44USBISP的驱动程序如果是WIN732BITOR64BIT，驱动忽略警告。因为这种驱动是德国某工程人员业余写出的，为了便宜实惠，没有到微软注册签名，所以安装请忽略警告。若想安装正规的下载器驱动，可到ATMEAL官网购买正规下载器，大约300元，两者功能相同，价格不同。编写烧录过程打开AVRSTUDIO,C语言程序编写操作如下图45新建工程图46C语言编辑的选择图47芯片的选择图48编译配置1通用设置里,HEX输出文件夹选择DEFAULT，芯片选择ATMEGA16，晶振频率设置7372800HZ，OPTIMIZATIO选项选择02用于HEX输出优化和自带延时函数启用，若设置0像“_DELAY_MS”等函数不起作用。图49编译配置2如图49所示，用户选项中上方右侧可现实总体配置信息，下方AVR编译器和MAKE的路径选择需按照实际安装路径进行设置。图410编译图标然后将测试代码写入。图411LED测试代码图412代码编译成功下面进入烧写过程的注意事项。图413烧录截图1）装入对应的HEX文件。2）对于程序稳定性高或者常编写的程序，可不选择“校验FLASH”提高烧录速度。3）配制熔丝位三思而后行。先查看手册了解熔丝位，后读取写入熔丝位。4）参考熔丝位配置如图413。5）点击编程，然后在主板B区P3上接上LED的跳线，可看到实际烧录完成效果。图414开发板实际烧录截图42无线LED照明系统的设计考虑到无线LED照明系统的实际功能的设想，我将系统程序大致划分成了五大部分系统程序由单排的LED灯组控制部分（LEDC）、88LED点阵控制部分（LATTICEC）、单进程的各部分协议解析程序部分（PROCESSC）、串口接收处理并传递函数程序部分（UARTC）以及主函数对各部分功能的调用程序部分（MAINC）。在具体的实际操控中依旧使用电脑的串口助手与开发板进行通信并收发数据指令。程序的主体以HEX文件的形式直接烧录进开发板中，控制时在电脑的串口助手中选择选项即可。421对变量的处理考虑到在进行串口通信时要进行的协议处理，为了方便对电脑发送来的数据的识别和处理，整体上将变量大致分别定义为U16和U8两种类型。IFNDEF_SYS_DATA_H_DEFINE_SYS_DATA_H_INCLUDEINCLUDETYPEDEFUNSIGNEDSHORTU16TYPEDEFUNSIGNEDCHARU8ENDIF具体到串口部分的终端协议处理时，为程序预留了32个字节的缓冲。IFNDEF_UART_H_DEFINE_UART_H_INCLUDE“SYS_DATAH“DEFINEUSART1_REC_MAXLEN32/缓冲接收最大字节数EXTERNVOLATILEU8USART1_REC_NUM/缓冲接收字节数EXTERNVOLATILEU8USART1_REC_BUFUSART1_REC_MAXLEN/32字节的缓冲EXTERNVOLATILEU16USART1_REC_STA/当前接收状态EXTERNVOLATILEU8USART1_TXC_NUM/RECEXTERNVOLATILEU16USART1_TXC_STA/RECVOIDUSART_INITVOIDVOIDPUT_CHARUNSIGNEDCHARCHVOIDPUT_STRINGCHARSUNSIGNEDCHARGET_CHARVOIDENDIF422LED灯组程序部分对于LED灯我们知道，其亮通的原理就是在其正向有高低电平差即可发光，我们使用程序对于LED控制时也仅仅是通过引脚给予其两端施加电压，通过改变LED回路中的电平差来实现LED灯的发光控制。具体到程序中我们LED灯组中的8只LED灯只需要2位的16进制数便可全部控制。在具体的LED程序编写时由于考虑到这些LED灯的花样组合显示，为了方便控制还是主要将这些LED灯对应的2位16进制数以数组的形式预存在程序中，然后通过调用数组便可实现LED灯亮通的变换。在这部分程序的实际编写中主要预设了2种LED灯组的花样流水灯数组，通过识别电脑发送来数据的对应位，来操控LED灯组的不同变换展示。同时运用函数对数据的解析可实现数据高位控制LED灯组的变化方式，数据低位控制LED灯的闪烁快慢。图415LED灯组的控制423LED88点阵程序部分LED88点阵其实是将64只LED的引脚以行接高电平、列接低电平的方式组合在了一起，在具体实际控制中其实依旧是8个2位的16进制数即可完成一次点阵画面的显示。为了函数调用的方便，依旧还是将部分点阵变化的内容以数组的形式预先设置在程序里，然后根据接收的数据的解析选择调用对应的函数即可。在开发板点阵的使用时先需用程序对其初始化，然后在选择调用的函数。在显示的画面上有常用的字库09，AZ的调用，同时也可通过一些图形取模的程序手动控制画面内容。图416点阵显示实例1图417点阵显示实例2对于提到的取模显示点阵可通过如下图418中类似程序来实现。图418取模工具其生成的数组只要编写进程序的预设即可一样去调用。图片419笑脸数组的调用显示424串口数据传输程序部分这部分的程序完成了对字符串发送、接收的函数的定义，对串口初始化的定义，对串口数据传输及其数据校验函数的定义，对串口接收数据结束时的中断处理函数的定义。在收发到的数据中，前面的30个字节书局的中间三位用来表示接收到几帧的标志，这三位数据可表示对应的缓冲单元是否已满，最后2个字节的字符0XA0X0D用于表示换行回车。其中数据传输主要由以下几段代码中函数的调用以实现INCLUDE“UARTH“INCLUDEINCLUDEINCLUDEINCLUDEINCLUDE“LEDH“INCLUDE“PROCESSH“VOLATILEU8USART1_REC_BUFUSART1_REC_MAXLEN0VOLATILEU16USART1_REC_STA0VOLATILEU16USART1_TXC_STA0VOLATILEU8USART1_REC_NUM0VOLATILEU8USART1_TXC_NUM0U8UART1_DATACHECKVOIDSTATICVOIDUART1_TXVOID对于预设的字符串数据所表示的内容如下方注释中所示/BIT15、14、131211100/意义接收几帧标志接收到1帧接收到0X0D接收的有效字节数/|/000缓冲单元0满/001缓冲单元1满/111缓冲单元/0XA回车0X0D串口在接收数据结束进行数据处理时需先要调用如下函数/函数名称串口接收结束中断处理函数作用终端接收协议处理参数无返回无备注30字节数据2字节回车换行/ISRUSART_RXC_VECTU8SRUCSRAU8RX_DATAUDRIFSRELSEIFUART1_DATACHECKUSART1_REC_STA|0X8000ELSEUSART1_REC_STA0ELSEIFRX_DATA0X0DELSEIFRX_DATA0X0DELSEUSART1_REC_BUFUSART1_REC_STAIFUSART1_REC_STAUSART1_REC_MAXLEN3USART1_REC_STA0IFUSART1_REC_BUF00XABUSART1_REC_STAIFUSART1_REC_STAUART1_TX串口对数据的传输由如下函数完成/函数名称UART1_TX作用串口传输函数参数无返回无备注/STATICVOIDUART1_TXVOIDU16TFORT0TINCLUDEINCLUDEINCLUDEINCLUDE“UARTH“INTMAINVOIDCHARSTR“ZIGBEE_CONNECTING对齐到30字节“USART_INIT/串口初始化PUT_STRINGSTRSEI/开启全局中断WHILE1RETURN0结论该系统成功的实现了其经由ZIGBEE通信协议控制LED照明系统的功能。经由ZIGBEE协议编出的串口通信操控的LED照明系统完成了通过串口调试程序预设好的数据项的选择来收发数据进而通过开发板中烧制好的程序进行协议解析后产生的指令来控制LED各部分的电路执行其对应的操作。其中在LED灯组部分完成了选择性点亮个别LED、花样流水灯等控制操作；在88LED点阵部分完成了对点阵的初始化、调用字库显示09，AZ的操作、以及笑脸字库、列叠加变化等花样操作；在进程程序的协议解析中实现了帧处理、地址解析、命令解析、以及局部函数调用等操作；在串口程序中完成了接收结束中断处理函数来接收处理协议、串口的传输函数以及串口的初始化等函数。程序运行稳定、可靠，功能实现良好，在开发板上的表现效果可圈可点。能在毕业之际通过各指导老师的细心帮助完成这样的系统设计，着实很有一番成就感。参考文献1沈苏彬，范曲立，宗平等物联网的体系与相关技术研究J南京邮电大学学报自然科学版，2009，29（6）1112NATHANJMULLER蓝牙揭秘周正等译北京人民邮电出版社，20013孙利民，等无线传感器网络北京清华大学出版社，20054严紫建，刘元安等蓝牙技术北京北京邮电大学出版社，20015INTANAGONWIWATC，COVINDANR，ESTRIND，ETDIRECTEDDIFFUSIONFORWIRELESSCENSORNETWORKJIEEE/ACMTRANSONNETWORK，2003，16KAVEHPAHLAVEN，XINRONGLI，JUHAPEKKAMAKELAINDOORGEOLOCATIONSCIENCEANDTECHNOLOGYJIEEECOMMUNICATIONSMAGAZINE，FEBRUARY，20021121187ZIGBEEALLIANCEZIGBEETMALLIANCENETWORKSPECIFICATIONVERSION10，20048LEEDY,NOHHJ,HYUNDS,ETALANIMPROVEDMPPTCONVERTERUSINGCURRENTCOMPENSATIONMETHODFORSMALLSCALEDPVAPPLICATIONSAAPPLIEDPOWERELECTRONICSCONFERENCEANDEXPOSITION,2003CAPEC03EIGHTEENTHANNUALIEEE,FLORIDA,USA,20039CHINGCHIHTSAIALOCALIZATIONSYSTEMOFAMOBILEROBOTBYFUSINGDEADRECKONINGANDULTRASONICMEASUREMENTCIEEEINSTRUMENTATIONANDMEASUREMENTTECHNOLOGYCONFERENCEMINNESOTA，USA，MAY1821，199814414910CHRISTOPHETRICAUDOPTIMALSENSINGANDACTUATIONPOLICIESFORNETWORKMOBILEAGENTSINACLASSOFCYBERPHYSICALSYSTEMSDADISSERTATIONSUBMITTEDINPARTIALFULMENTOFTHEREQUIREMENTSFORTHEDEGREEUTAHSTATEUNIVERSITYLOGAN，UTAH2010致谢在本次毕业论文的撰写过程中，得到了指导老师降爱莲老师和雷晶老师的诸多指导与帮助。在他们对我不厌其烦的帮助下才得以完成如今我的这篇毕业设计。降爱莲和雷晶老师在我的毕业设计过程中不但时不时为我提供形形色色的学习资料，更对我提出的种种问题进行了耐心的解答与帮助，在对我无线LED照明系统的设计上从整设计思路再到局部功能细节的方方面面都给予了细致的指导，对于我这次毕业设计的完成真的是功不可没。毕业论文的完成，也意味着我为我的大学生活提交了一份满意的答卷。不知道多少个日夜里有着同学和老师的陪伴，他们总是让我看到生活中那些不起眼的美好。在大学的生活不但教会了我用双眼发现这些美好，更教会了如何用自己的双手去耕耘，去创造。我将永远铭记我曾是一名太原理工大的学子，在今后的学习工作中把这份感动深埋于心，用感恩将他浇灌，让它结出丰硕的果实。外文原文ZIGBEEWIRELESSTECHNOLOGYFORLOWPOWERSENSORNETWORKSTECHNOLOGISTSHAVENEVERHADTROUBLECOMINGUPWITHPOTENTIALAPPLICATIONSFORWIRELESSSENSORSINAHOMESECURITYSYSTEM,FOREXAMPLE,WIRELESSSENSORSWOULDBEMUCHEASIERTOINSTALLTHANSENSORSTHATNEEDWIRINGTHESAMEISTRUEININDUSTRIALENVIRONMENTS,WHEREWIRINGTYPICALLYACCOUNTSFOR80OFTHECOSTOFSENSORINSTALLATIONSANDTHENTHEREAREAPPLICATIONSFORSENSORSWHEREWIRINGISNTPRACTICALOREVENPOSSIBLETHEPROBLEM,THOUGH,ISTHATMOSTWIRELESSSENSORSUSETOOMUCHPOWER,WHICHMEANSTHATTHEIRBATTERIESEITHERHAVETOBEVERYLARGEORGETCHANGEDFARTOOOFTENADDTOTHATSOMESKEPTICISMABOUTTHERELIABILITYOFSENSORDATATHATSSENTTHROUGHTHEAIR,ANDWIRELESSSENSORSSIMPLYHAVENTLOOKEDVERYAPPEALINGALOWPOWERWIRELESSTECHNOLOGYCALLEDZIGBEEISREWRITINGTHEWIRELESSSENSOREQUATION,HOWEVERASECURENETWORKTECHNOLOGYTHATRIDESONTOPOFTHERECENTLYRATIFIEDIEEE802154RADIOSTANDARDFIGURE1,ZIGBEEPROMISESTOPUTWIRELESSSENSORSINEVERYTHINGFROMFACTORYAUTOMATIONSYSTEMSTOHOMESECURITYSYSTEMSTOCONSUMERELECTRONICSINCONJUNCTIONWITH802154,ZIGBEEOFFERSBATTERYLIFEOFUPTOSEVERALYEARSFORCOMMONSMALLBATTERIESZIGBEEDEVICESAREALSOEXPECTEDTOBECHEAP,EVENTUALLYSELLINGFORLESSTHAN3PERNODEBYSOMEESTIMATESWITHPRICESTHATLOW,THEYSHOULDBEANATURALFITEVENINHOUSEHOLDPRODUCTSLIKEWIRELESSLIGHTSWITCHES,WIRELESSTHERMOSTATS,ANDSMOKEDETECTORSFIGURE1ZIGBEEADDSNETWORK,SECURITY,ANDAPPLICATIONSERVICESLAYERSTOTHEPHYANDMACLAYERSOFTHEIEEE811154RADIOALTHOUGHNOFORMALSPECIFICATIONFORZIGBEEYETEXISTSAPPROVALBYTHEZIGBEEALLIANCE,ATRADEGROUP,SHOULDCOMELATETHISYEAR,THEOUTLOOKFORZIGBEEAPPEARSBRIGHTTECHNOLOGYRESEARCHFIRMINSTAT/MDR,INWHATITCALLSA“CAUTIOUSAGGRESSIVE“FORECAST,PREDICTSTHATSALESOF802154NODESANDCHIPSETSWILLINCREASEFROMESSENTIALLYZEROTODAYTO165MILLIONUNITSBY2010NOTALLOFTHESEUNITSWILLBECOUPLEDWITHZIGBEE,BUTMOSTPROBABLYWILLBERESEARCHFIRMONWORLDPREDICTSSHIPMENTSOF465MILLIONWIRELESSSENSORRFMODULESBY2010,WITH77OFTHEMBEINGZIGBEERELATEDINASENSE,ZIGBEESBRIGHTFUTUREISLARGELYDUETOITSLOWDATARATES20KBPSTO250KBPS,DEPENDINGONTHEFREQUENCYBANDUSEDFIGURE2COMPAREDTOANOMINAL1MBPSFORBLUETOOTHAND54MBPSFORWIFIS80211GTECHNOLOGYBUTZIGBEEWONTBESENDINGEMAILANDLARGEDOCUMENTS,ASWIFIDOES,ORDOCUMENTSANDAUDIO,ASBLUETOOTHDOESFORSENDINGSENSORREADINGS,WHICHARETYPICALLYAFEWTENSOFBYTES,HIGHBANDWIDTHISNTNECESSARY,ANDZIGBEESLOWBANDWIDTHHELPSITFULFILLITSGOALSOFLOWPOWER,LOWCOST,ANDROBUSTNESSFIGURE2ZIGBEESDATARATESRANGEFROM20KBPSTO250KBPS,DEPENDINGONTHEFREQUENCYUSEDBECAUSEOFZIGBEEAPPLICATIONSLOWBANDWIDTHREQUIREMENTS,AZIGBEENODECANSLEEPMOSTOFTHETIME,THUSSAVINGBATTERYPOWER,ANDTHENWAKEUP,SENDDATAQUICKLY,ANDGOBACKTOSLEEPAND,BECAUSEZIGBEECANTRANSITIONFROMSLEEPMODETOACTIVEMODEIN15MSECORLESS,EVENASLEEPINGNODECANACHIEVESUITABLYLOWLATENCYSOMEONEFLIPPINGAZIGBEEENABLEDWIRELESSLIGHTSWITCH,FOREXAMPLE,WOULDNOTBEAWAREOFAWAKEUPDELAYBEFORETHELIGHTTURNSONINCONTRAST,WAKEUPDELAYSFORBLUETOOTHARETYPICALLYAROUNDTHREESECONDSABIGPARTOFZIGBEESPOWERSAVINGSCOMEFROMTHERADIOTECHNOLOGYOF802154,WHICHITSELFWASDESIGNEDFORLOWPOWER802154USESDSSSDIRECTSEQUENCESPREADSPECTRUMTECHNOLOGY,FOREXAMPLE,BECAUSETHEALTERNATIVEFHSSFREQUENCYHOPPINGSPREADSPECTRUMWOU