嵌入式超声波数据采集系统设计例概要

1、 * 实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院年春季学期嵌入式系统开发技术课程设计题 目：嵌入式超声波数据采集系统设计专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： II摘要 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可定制，适用于不同应用场合，对功能，可靠性，成本，体积，功耗有严格要求的专用计算机系统它一般由嵌入式微处理器，外围硬件设备，嵌入式操作系统，用户应用程序4 个部分组成。用于实现对其他设备的控制，监视或管理等功能。本文设计了一种超声波系统，它基于北京奥尔斯电子科技有限公司生产的物联网创新实验系统OURSIOTU22530，利用其中的CC2530 及几种相应传感器模块采

2、集超声波信号，并通过带有LCD 的智能主板显示出来。文章介绍了该系统的基本原理，系统分析，详细设计及实现流程图，并重点介绍了串口数据收集的原理，通过嵌入式设备完成超声波信息的采集的采集至网关设备，通过上下位机实现终端嵌入式设备的信息收集及相关设备的控制。关键字：超声波信号采集、串口通信、传感器、ZigBee 协议。目录一前言1二基本原理22.1 SHT10 引脚特性22.2 CC2530说明42.3超声波采集模块8三 系统分析13四 详细设计144.1 超声波数据采集的硬件部分144.2 超声波采集的软件部分164.3 总体结构18参考文献23总结24致谢25II一前言 在科技迅速发展的今天,

3、超声波检测是一种无损检测的重要手段。超声信号在15MHz,在实际工业运用中为了能恢复超声波信号，以精确计算发射波和回波之间的时间差，对超声信号的采样速率要求大于超声信号频率的34倍，所以在工业运用中，对于超声信号的采集一般需要20MHz的采样速率。 本设计是一种基于 CC2530 和数字超声波传感器模块的采集系统。即该系统是采用 Zigbee 无线通信技术结合传感器，并通过运用 Zigbee 协议构架组建无线传感网络，来实现主从节点的数据采集和传输的，同时，需要在网络层通过AODV 路由协议来进行节点间的连接以及数据的收发。总之，基于无线传感技术的无线网络传感器是一种将传感器、控制器、计算能力

4、、通信能力完美的结合于一身的嵌入式设备。它们跟外界的物理环境交互，适时地采集信息，并且将采集到的信息通过无线传感网络传送给远程用户。无线网络传感器一般是由一个低功耗的微控制器(MCU)和若干个存储器，无线电/光通信装置、传感器等组件所集成的，通过传感器及通信装置和它们所处的外界物理环境进行交互。由此而引入的无线传感网络更是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术，广泛被应用与医疗领域、大规模环境监测、智能建筑、战场监视、智能家居、工业自动化和大区域内的目标追踪等领域。简而言之，不管是工业，农业，军事及气象预报领域，还是人类生活的环境都需要通过采集超声波来进行判断和测量。本文提出采用基于 Zig

5、Bee 技术的无线超声波测量与传输的方案，通过无线通信模块实现超声波传感器和智能主板之间的交互，实现对网络采集的数据统一管理和分析。该系统具有快速展开，稳定可靠，可维护性好的特点。总的来说，我们的工作及生活在无形的改变着，变得更精致更高效更美丽。而这无形中进行着的神奇改变的关键莫过于高端的技术嵌入式系统开发技术及无线技术。26二基本原理 本实验将使用 CC2530 读取超声波传感器 SHT10 的采集的超声波数据，并通过 CC2530 内部串口将采样到的数据转换然后在 LCD 上显示。其中对超声波的读取是利用 CC2530 的 I/O（P1.0 和P1.1）模拟一个类 IIC 的过程。其中该系

6、统所使用的 SHT10 是一款高度集成的超声波传感器芯片，提供全标定的数字输出。它采用专利的 CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并连接在同一芯片上，与 14 位的 A/D转换器以及串行接口电路实现无缝。2.1 SHT10 引脚特性 SHT10 是一款高度集成的超声波传感器芯片， 提供全标定的数字输出。它采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器 包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与 14 位的 A/D 转换器

7、以及串行接口电路实现无缝连接。SHT10 引脚特性如下：图2-1应用电路2.1.1、 电源引脚SHT10的供电电压为2.45.5V。传感器上电后，要等待11ms以越过“休眠”状态。在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。2.1.2、串行接口(两线双向) SHT10的串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理；但与I2C接口不兼容.2.1.3、串行时钟输入(SCK) SCK用于微处理器与SHTxx之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。2.1.4、串行数据(DATA) DATA三态门用于数据的

8、读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平（参见图2）。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。2.1.5、串行时钟输入(SCK) SCK用于微处理器与SHTxx之间的通讯同步。由于接口包含了完全静态逻辑，因而不存在最小SCK频率。2.1.6、串行数据(DATA) DATA三态门用于数据的读取。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，

9、DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，微处理器应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10k）将信号提拉至高电平（参见图2）。上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O 电路中。2.1.7、测量时序(RH 和T) 发布一组测量命令（00000101表示相对湿度RH，00000011表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程需要大约11/55/210ms，分别对应8/12/14bit测量。确切的时间随内部晶振速度，最多有±15%变化。SHTxx通过下拉DATA至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器在再次触发SCK时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数

10、据可以先被存储，这样控制器可以继续执行其它任务在需要时再读出数据。接着传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC奇偶校验。uC需要通过下拉DATA为低电平，以确认每个字节。所有的数据从MSB开始，右值有效（例如：对于12bit数据，从第5个SCK时钟起算作MSB；而对于8bit 数据，首字节则无意义）。用CRC数据的确认位，表明通讯结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量值LSB后，通过保持确认位ack 高电平，来中止通讯。在测量和通讯结束后，SHTxx自动转入休眠模式。2.1.8、通讯复位时序如果与SHTxx通讯中断，下列信号时序可以复位串口：当DATA保持高电平时，触发SCK时钟9次

11、或更多。在下一次指令前，发送一个“传输启动”时序。这些时序只复位串口，状态寄存器内容仍然保留。 图2-2通讯复位时序图2.2 CC2530说明2.2.1、简介CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能。CC2530 有四种不同的闪存版本：CC2530F32/64/128/256，分别具有32/64/128/

12、256KB 的闪存。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530F256 结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee 协议栈（Z-Stack），提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。CC2530F64 结合了德州仪器的黄金单元RemoTI，更好地提供了一个强大和完整的ZigBee RF4CE 远程控制解决方案。2.2.2、引脚描述引脚名称 引脚 引脚类型 描述AVDD1 28 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接AVDD2 27 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连

13、接AVDD3 24 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接AVDD4 29 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接AVDD5 21 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接AVDD6 31 电源（模拟） 2-V3.6-V 模拟电源连接DCOUPL 40 电源（数字） 1.8V 数字电源去耦。不使用外部电路供应。DVDD1 39 电源（数字） 2-V3.6-V 数字电源连接DVDD2 10 电源（数字） 2-V3.6-V 数字电源连接GND - 接地 接地衬垫必须连接到一个坚固的接地面。GND 1，2，3，4 未使用的引脚 连接到GNDP0_0 19 数字I/O 端口0

14、.0P0_1 18 数字I/O 端口0.1P0_2 17 数字I/O 端口0.2P0_3 16 数字I/O 端口0.3P0_4 15 数字I/O 端口0.4P0_5 14 数字I/O 端口0.5P0_6 13 数字I/O 端口0.6P0_7 12 数字I/O 端口0.7P1_0 11 数字I/O 端口1.0-20-mA 驱动能力P1_1 9 数字I/O 端口1.1-20-mA 驱动能力P1_2 8 数字I/O 端口1.2P1_3 7 数字I/O 端口1.3P1_4 6 数字I/O 端口1.4P1_5 5 数字I/O 端口1.5P1_6 38 数字I/O 端口1.6P1_7 37 数字I/O 端

15、口1.7P2_0 36 数字I/O 端口2.0P2_1 35 数字I/O 端口2.1P2_2 34 数字I/O 端口2.2P2_3 33 数字I/O 模拟端口2.3/32.768 kHz XOSCP2_4 32 数字I/O 模拟端口2.4/32.768 kHz XOSCRBIAS 30 模拟I/O 参考电流的外部精密偏置电阻RESET_N 20 数字输入 复位，活动到低电平RF_N 26 RF I/O RX 期间负RF 输入信号到LNARF_P 25 RF I/O RX 期间正RF 输入信号到LNAXOSC_Q1 22 模拟I/O 32-MHz 晶振引脚1或外部时钟输入XOSC_Q2 23 模

16、拟I/O 32-MHz 晶振引脚22.2.3、模块说明CC2530芯片系列中使用的8051 CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有三种不同的内存访问总线（SFR，DATA 和CODE/XDATA），单周期访问SFR，DATA 和主SRAM。它还包括一个调试接口和一个18 输入扩展中断单元。中断控制器总共提供了18 个中断源，分为六个中断组，每个与四个中断优先级之一相关。当设备从活动模式回到空闲模式，任一中断服务请求就被激发。一些中断还可以从睡眠模式（供电模式1-3）唤醒设备。内存仲裁器位于系统中心，因为它通过SFR 总线把CPU 和DMA 控制器和物理存储器以及所有外设连接起

17、来。内存仲裁器有四个内存访问点，每次访问可以映射到三个物理存储器之一：一个8-KB SRAM、闪存存储器和XREG/SFR 寄存器。它负责执行仲裁，并确定同时访问同一个物理存储器之间的顺序。8-KB SRAM映射到DATA存储空间和部分XDATA存储空间。8-KB SRAM是一个超低功耗的SRAM，即使数字部分掉电（供电模式2 和3）也能保留其内容。这是对于低功耗应用来说很重要的一个功能。32/64/128/256 KB闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器，映射到XDATA 存储空间。除了保存程序代码和常量以外，非易失性存储器允许应用程序保存必须保留的数据，这

18、样设备重启之后可以使用这些数据。使用这个功能，例如可以利用已经保存的网络具体数据，就不需要经过完全启动、网络寻找和加入过程。2.2.4、时钟和电源管理数字内核和外设由一个1.8-V 低差稳压器供电。它提供了电源管理功能，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。有五种不同的复位源来复位设备。2.2.5、外设CC2530 包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。调试接口执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。通过这个调试接口，可以执行整个闪存存储器的擦除、控制使能哪个振荡器、停止和开始执行用户程序、执行8051 内核提供的指令、设置代码断点，以及内核中全部指令

19、的单步调试。使用这些技术，可以很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。设备含有闪存存储器以存储程序代码。闪存存储器可通过用户软件和调试接口编程。闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。闪存控制器允许页面擦除和4 字节编程。I/O控制器负责所有通用I/O引脚。CPU可以配置外设模块是否控制某个引脚或它们是否受软件控制，如果是的话，每个引脚配置为一个输入还是输出，是否连接衬垫里的一个上拉或下拉电阻。CPU 中断可以分别在每个引脚上使能。每个连接到I/O 引脚的外设可以在两个不同的I/O 引脚位置之间选择，以确保在不同应用程序中的灵活性。系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制

20、器，使用XDATA存储空间访问存储器，因此能够访问所有物理存储器。每个通道（触发器、优先级、传输模式、寻址模式、源和目标指针和传输计数）用DMA 描述符在存储器任何地方配置。许多硬件外设（AES 内核、闪存控制器、USART、定时器、ADC 接口）通过使用DMA 控制器在SFR 或XREG 地址和闪存/SRAM 之间进行数据传输，获得高效率操作。定时器1 是一个16 位定时器，具有定时器/PWM 功能。它有一个可编程的分频器，一个16 位周期值，和五个各自可编程的计数器/捕获通道，每个都有一个16 位比较值。每个计数器/捕获通道可以用作一个PWM输出或捕获输入信号边沿的时序。它还可以

21、配置在IR产生模式，计算定时器3 周期，输出是ANDed，定时器3 的输出是用最小的CPU 互动产生调制的消费型IR 信号。MAC定时器（定时器2）是专门为支持IEEE 802.15.4 MAC或软件中其他时槽的协议设计。定时器有一个可配置的定时器周期和一个8 位溢出计数器，可以用于保持跟踪已经经过的周期数。一个16 位捕获寄存器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的精确时间，或传输结束的精确时间，还有一个16 位输出比较寄存器可以在具体时间产生不同的选通命令（开始RX，开始TX，等等）到无线模块。定时器3 和定时器4 是8 位定时器，具有定时器/计数器/PWM 功能。它们有一个可编程的分频器

22、，一个8 位的周期值，一个可编程的计数器通道，具有一个8 位的比较值。每个计数器通道可以用作一个PWM 输出。睡眠定时器是一个超低功耗的定时器，计算32-kHz 晶振或32-kHz RC 振荡器的周期。睡眠定时器在除了供电模式3 的所有工作模式下不断运行。这一定时器的典型应用是作为实时计数器，或作为一个唤醒定时器跳出供电模式1 或2。ADC支持7到12位的分辨率，分别在30 kHz或4 kHz的带宽。DC和音频转换可以使用高达八个输入通道（端口0）。输入可以选择作为单端或差分。参考电压可以是内部电压、AVDD 或是一个单端或差分外部信号。ADC 还有一个温度传感输入通道。ADC 可以自动执行定

23、期抽样或转换通道序列的程序。随机数发生器使用一个16 位LFSR 来产生伪随机数，这可以被CPU 读取或由选通命令处理器直接使用。例如随机数可以用作产生随机密钥，用于安全。AES加密/解密内核允许用户使用带有128位密钥的AES算法加密和解密数据。这一内核能够支持IEEE 802.15.4 MAC 安全、ZigBee 网络层和应用层要求的AES 操作。一个内置的看门狗允许CC2530 在固件挂起的情况下复位自身。当看门狗定时器由软件使能，它必须定期清除；否则，当它超时就复位它就复位设备。或者它可以配置用作一个通用32-kHz 定时器。USART 0和USART 1每个被配置为一个SP

24、I主/从或一个UART。它们为RX和TX提供了双缓冲，以及硬件流控制，因此非常适合于高吞吐量的全双工应用。每个都有自己的高精度波特率发生器，因此可以使普通定时器空闲出来用作其他用途。2.2.6、无线设备CC2530 具有一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。2.3超声波采集模块 超声波传感器模块使用接收反射波的方式来进行距离的测量，传感器有一个发射波的模块和一个接收波的模块组成。超声波传感器由于是采用发

25、射接收方式，所以在时间计算上有一个盲区，即 MCU 的最小反应时间，我们的模块的盲区在 6cm。主要技术参数：1：使用电压：DC5V2：静态电流：小于2mA3：电平输出：高5V4：电平输出：底0V5：感应角度：不大于15度6：探测距离：6cm-80cm模块工作原理：(1)采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号;(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2;原理图如图所示：图2-3超声波数据采集模块原理图说明：1：40K HZ 方

26、波产生器产生的方波由于数据和器件原因，将不能精确到 40KHZ，将会有3%左右的误差。2：最后的产生的方波以低电平有效，所以在程序中以低电平中断或下降沿中断。3：每次产生多少个 40K 方波，依测试结果。原理图如下：(a)(b)(c)(d) (e)图2-4 超声波数据采集模块原理图三 系统分析 该系统通过具有IIC 总线接口的单片全校准字式新型相对超声波传感器SHT10 实现对数据的采集，将信号送至传感器，从节点采集超声波数据每隔一定的时间轮流向主节点发送，主节点收到数据之后通过串口将各节点的超声波数据传给智能主板。具体步骤描述如下：（1）给智能主板供电（USB 外接电源或2 节干电池）；（2

27、）将一个无线节点模块插入到带 LCD 的智能主板的相应位置；（3）将超声波及光电传感器模块插入到智能主板的传感及控制扩展口位置；（4）接下来将 CC2530 仿真器的一端通过 USB 线（A 型转 B 型）连接到 PC 机，另一端通过 10Pin 下载线连接到智能主板的 CC2530 JTAG 口（J203）；（5）将智能主板上电源开关拨至开位置。按下仿真器上的按钮，仿真器上的指示灯为绿色时，表示连接成功；（6）在主机编写程序并调试，下载到下位机运行。（7）观察变化；四 详细设计 本设计是基于CC2530 的超声波数据采集系统设计。因此，其重点是超声波数据采集设计的实现，主要可分为二大部分，一

28、是实现无线传感的硬件模块；二是实现无线传感的软件支持，也就是ZigBee 协议框架的编程。 实现数据采集的硬件部分主要包括：无线传感基本结构、无线传感实现原理、本设计所使用的试验箱以及软件支持、常见的无线传感模块以及实现基于CC2530 的超声波采集系统节点模块设计。 实现超声波数据采集的软件部分主要包括：ZigBee 协议栈整体构架，ZigBee协议栈网络层。4.1 超声波数据采集的硬件部分 嵌入式超声波采集系统的硬件部分可以大体有无线传感基本结构、无线传感实现原理、本设计所使用的试验箱以及软件支持、常见的无线传感模块以及实现基于CC2530 的超声波采集系统节点模块设计等组成。其具体内容如

29、下：1、无线传感基本结构及实现原理 无线传感器网络在设计目标方面是以数据为中心的，在无线传感器网络中，因为节点通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，所以除了少数节点也要移动外，大部分节点是静止不动的。在被检测区域内，节点任意散落，节点除了需要完成感测特定的对象外，还需要进行简单的计算，维持互相之间的网络连接等功能。并且由于能源的无法替代以及低功耗的多跳通信模式，设计无线传感节点时，有效的延长网络的生命周期以及节点的低功耗成为无线传感器网络研究的核心问题，其无线传感节点模型如下图：图4-1 设计硬件部分 无线传感网络的建立是基于传感器加无线传输模块的，传感器采集的数据，简单处理后经过无

30、线传输模块传到服务器或应用终端。目标，观测节点，传感节点和感知视场是无线传感器网络所包括的4个基本实体对象。大量传感节点随机部署，单个节点进过初始的通信和协议，通过自组织方式自行配置，形成一个传输信息的单跳链接或一系列无线网络节点组成的网络，协同形成对标的感知视场。传感节点检测的目标信号经过传感器本地简单处理后通过单播或广播以多跳的方式通过邻近传感节点传输到观测节点。用户和远程任务管理单元则能够通过卫星通信网络或Internet 等外部网络，与观测节点进行数据信息的交互。观测节点向网络发布查询请求和控制指令，接受传感节点返回的目标信息。2、 使用的试验箱以及软件支持物联网创新试验系统IOV-T

31、-2530采用系列传感器模块和无线节点模块组成无线传感网，扩展嵌入式网关实现广域访问，可实现多种物联网构架，完成物联网相关的各种传感器的信息采集、无线信号收发、ZigBee 网络通讯，组件控制全过程。该工具提供了无线传感网通信模块，基本的传感器及控制器模块、嵌入式网关、计算机服务器参考软件等。3、实现超声波采集系统节点模块设计实验系统包含4个无线传感网通信节点和一个无线网络协调器，其中具体情况如下：无线节点模块：主要有射频单片机构成，MCU 是TI 的CC2530，2.4G 载频，棒状天线。传感器及控制模块：包括超声波传感器模块，继电器模块和RS232模块等，也可以通过总线扩展用户自己的传感器

32、及控制部件。电源板或智能主板：即实现无线节点模块与传感器及控制模块的连接，又实现系统供电。4.2 超声波采集的软件部分国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 传感器的分类可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以

33、及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 传感器工作原理：电容式传感器中的电容值以及电容变化值都非常

34、小，这样微小的电容量还不能直接为目前的现实仪表所显示，也和难为记录仪所接受。这就必须借助于测量电路检测这一微小电容增量。并将其转换成与其成单值函数关系的电压、电流或者频率。电 容 转 换 电 路 有 调 频 电 路、运 算 放 大 器 式 电 路、二 极 管双T型 交 流 电 桥 、脉 冲宽度调制电路等。经过大量资料证明，调频电容传感器测量电具有较高的灵敏性度，可以测量高至0.01mm级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通讯，抗 干 扰 能 力 强，可 以 发 送 接 收，以 达 遥 控 遥 测的 目 的。这 正 好 符 合 了 智 能 化 与自动检测的要求，因此选择调频

35、电容传感器测量电路装入此测量系统。调频测量电路把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容发生变化时，振荡器的震荡频率就发生变化，经过放大就可以用仪器指示记录仪记录下来。 实现超声波采集的软件部分主要有ZigBee 技术概述，协议栈整体架构，ZigBee 协议栈网络层，AODV 路由协议等几部分组成。而ZigBee 协议层主要包括：网络层概述，网络层所实现的功能，网络层中常用的路由协议。AODV路由协议主要包括：协议概述，协议的基本原理，AODV 路由协议消息控制帧。以下将是超声波采集的软件部分各部分的集体介绍：1、ZigBee 技术概述ZigBee 技术的使用与发展很大程度上弥

36、补了无线通信市场上低功耗，低成本，低速率的空缺。同时随着ZigBee 技术的深入发展和应用，越来越多的注意力和研究力量将会转到应用的设计，实现互联互通测试和市场的推广等方面。ZigBee 技术的关键是发展是一种易布建，低成本，低功耗的无线网络。ZigBee 技术的应用前景非常好。ZigBee 在未来的几十年里将在工业无线定位，工业控制，消费电子，汽车自动化，家庭网络，医用设备控制等多个控制领域具有广泛的应用，特别是工业控制和家庭自动化，将会成为今后ZigBee 芯片的主要领域。通常符合以下条件之一的应用，都可以采用此技术。（1）网络多：需要数据采集或监控的网络多。（2）低传输量：要求传输的数据

37、量不大且要求数据成本低。（3）可靠性高：要求数据传输可靠性，安全性高。（4）体积小：设备体积小，体积较大的充电电池或者电源模块不方便放置。（5）电池供电。（6）覆盖量大：所需检测点多，地形复杂，需要较大的网络覆盖面积。（7）现有移动网络的覆盖盲区。（8）遥测，遥控系统：使用先从移动网络进行的地数据量传输。（9）局部区域移动口标的定位系统：使用GPS 效果差，成本高ZigBee 无线传感网是基于IEEE802.15.4 技术标准和ZigBee 网络协议而设计的无线传输数据网络，该网络主要应用在压力过程控制数据采集，流量过程数据采集，超声波监控，工业控制，数据中心，社区安防，设备监控，环境数据监控

38、，制冷监控，仓库货物监控等方面。使用与蔬菜大棚温度，湿度和土壤酸碱度的监控，钢铁冶炼温度控制，煤气抄表等各个领域。这种网络主要用于无线系统中短距离的链接，提供传感网络接入，能够满足各种传感器的数据输出和输入控制的命令和信息的需求，实现系统网络化，无线化。ZigBee 技术是一种应用与各种电子设备之间的无线通信技术，这种通信网络是基于中短距离范围内，低传输速率下的，根据ZigBee 技术的本质，它具有下列特性：低功耗高速扩展，可靠性等。1、ZigBee 协议栈ZigBee 协议栈由一组子层构成。每层为上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务；一个管理实体提供全部其他服务。每个服务通过

39、一个服务接口（SAP）为上层提供服务接口，并且每个SAP 提供了一个系列的基本服务指令来完成相应的功能。ZigBee 协议栈的体系结构包括ZigBee 应用层、ZigBee 网络层、IEEE802.15.4MAC 层和IEEE 802.15.4PHY 层。它虽然是基于标准的7 层开放是系统互联模型，但是对那些涉及ZigBee 层予以定义。IEEE 802.15.4_2003 标准定义最下面的两层：物理层和介质接入控制层。ZigBee 联盟提供了网络层和应用层框架的设计。其中应用层的框架包括了应用支持子层（APS）、ZigBee 设备对象（ZDD）和由制造商定制的应用对象。2、ZigBee 协议

40、栈网络层ZigBee 协议栈网络层必须提供一定的功能，其主要是提供一些必要的函数，以保证IEEE 802.15.4_2003ZigBee 协议栈的MAC 层能够正确操作，正常工作，并且为应用层提供一个合适的服务接口。为了和应用层通信，必须向其提供接口，10网络层的概念包括了两个必要的功能服务实体。她们分别为数据服务和管理服务实体。网络层数据实体通过网络层相关的数据库服务接网络层入点提供络层网络管理服务，网络层管理实体利用网络层数据实体来获得一些网络管理任务，并完成一些网络的管理工作。并且网络层的管理实体还维护一个管理对象的数据库，叫做网络信息库，网络层管理实体完成对网络信息库的维护和管理。4.

41、3 总体结构1、串口通信设计程序流程图及核心代码： 图4-2 串口通信设计软件流程图源代码：/* 函数名称：initUART* 功能描述：CC2530 串口初始化*/void initUART(void)PERCFG = 0x00; /位置 1 P0 口P0SEL = 0x3c; /P0用作串口U0CSR |= 0x80; /UART 方式U0GCR |= 11; /baud_e = 11;U0BAUD |= 216; /波特率设为 115200UTX0IF = 1;U0CSR |= 0X40; /允许接收IEN0 |= 0x84; /uart0接收中断/* 函数名称：UartTX_Send_

42、String* 功能描述：串口发送数据函数*12* 参 数：*Data - 发送数据指针* len - 发送的数据长度* 返 回 值：无*/void UartTX_Send_String(UINT8 *Data,int len)int j;for(j=0;j<len;j+)U0DBUF = *Data+;while(UTX0IF = 0);UTX0IF = 0;/* 函数名称：HAL_ISR_FUNCTION* 功能描述：串口接收数据中断函数* 参 数：halUart0RxIsr - 中断名称* URX0_VECTOR - 中断向量* 返 回 值：无*/HAL_ISR_FUNCTION(

43、 halUart0RxIsr, URX0_VECTOR )UINT8 temp;URX0IF = 0;temp = U0DBUF;*(str + count) = temp;count+;/* 函数名称：main* 功能描述：串口间歇发送 字符串，当串口接收到数据后，再通过串口* 回发出去。*/void main()UINT8 *uartch = " "UINT8 temp = 0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); /设置主时钟为 32M 晶振14initUART(); /初始化串口while(1)UartTX_Send_String(uartch,17); /发送