基于ZigBee协议的温室远程监控系统.doc

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1、兰州工业高等专科学校毕业设计（论文） 题目 基于ZigBee的温室 远程监控系统 系 别 电子信息工程系 专 业 电子信息工程技术 班 级 电信09-1 姓 名 学 号 指导教师（职称） （副教授） 日 期 2012-2-24 兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）任务书电子信息工程 系 12 届 电子信息工程技术 专业毕业设计（论文）题目基于ZigBee的温室远程监控系统课题内容性质工程技术研究课题来源性质结合教师科研课题设计/论文校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式副教授电子信息工程系一、题目说明（目的和意义）利用ZigBee、JavaEE技术及DBS设计并实现一个温室远程监测系统

2、，使用本系统，可以实现温室环境监测。本设计题目主要利用ZigBee和JavaEE实现基于MVC模式的应用开发。在设计与实现过程中将涉及JSP、JavaBean和Servlet的使用技巧及常用的Web服务器（Tomcat）。通过本设计项目的学习，使学生学会如何分析、设计与实现基于嵌入式的应用系统, 利用ZigBee网络实时采集温室环境数据，利用J2EE技术设计结构合理的Web应用程序，搭建WEB应用服务器。通过本设计使学生掌握科技文献的检索、资料整理、科技论文撰写。二、设计（论文）要求（工作量、内容）要求学生能够使用某一种数据库管理系统；学习Java EE的程序编写；学习应用ZigBee技术实现

3、组网、数据采集和传输，以及GPRS的基本知识。此外参加设计的学生还应用做到：1每周主动和指导教师联系两次，定期汇报毕业设计进展、听取指导教师意见，并要求有书面报告材料。2撰写毕业论文（1万字）。3答辩前一周将毕业论文终稿和设计结果交指导教师审定。4毕业答辩，首先学生述1015分钟，然后接受答辩组成员的510分钟的提问。5每个学生必须独立完成毕业设计(论文)。6毕业设计(论文)书写规范、文字通顺、图表清晰、测试数据完整、结论明确。7毕业设计(论文)应有中英文摘要(150200字)。8毕业设计(论文)正文前附毕业设计(论文)任务书，后附参考文献。9毕业设计(论文)要求文字打印，统一格式，统一封面，

4、装订成册（详见毕业设计撰写要求）。三、进度表日 期内 容第15周第16周第17周第18-19周第20周第1-2周（下学期）通过对市区周围的温室大棚的实际调研、参考和学习网上成功的各种“基于ZigBee的信息管理系统”，借助书店、图书馆查阅相关资料，制定设计计划，进行需求分析, 以电子邮件形式提交分析报告。系统功能设计,系统总体架构设计,节点硬件设计，以电子邮件交指导老师。要求通过小组答辩方可进行下一阶段设计。节点软件设计、数据库设计, 并将所有数据表以电子邮件方式交指导老师。要求通过小组答辩方可进行下一阶段设计。根据系统需求，配置软件、硬件开发环境，编写程序代码。并以电子文档提交指导教师审定。

5、对毕业设计进行总结，认真阅读毕业设计（论文）的书写要求，撰写毕业论文。将毕业论文以书面与电子文档两种形式，提交指导教师批阅。论文答辩，进一步完善毕业论文，提交终稿。完成日期第20周（本学期）答辩日期第1-2周（下学期） 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量（一）参考文献1 黄海平. 无线传感器网络技术及其应用. 人民邮电出版社，2011.4 2 王志良等编著.物联网工程导论. 北京航空航天大学出版社，2011.93 李文仲. pic单片机与ZIGBEE无线网络实战. 清华大学出版社,2008.14 钟永锋. ZigBee无线传感器网络. 北京邮电大学出版社, 2011.35 仵博

6、等编著.2ME无线开发实用教程.清华大学出版社，2006.8（二）设备和设计地点微机等，嵌入式实验室，教室。（三）翻译工作量英文摘要250单词以内，关键词58个词。指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字年 月 日年 月 日年 月 日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) 摘 要摘 要温室大棚种植为提高人们的生活水平带来极大的便利，得到了迅速的推广和应用。种植环境中的温度、湿度、光照度、CO2浓度等环境因子对作物的生产有很大的影响。本方案设计了一个基于ZigBee协议的温室远程监控系统。该系统借助移动通信网络、Internet和无线

7、传感网络的互联，利用ZigBee无线传感网络将终端节点采集到的数据，经协调器节点和GPRS模块发送到GPRS网络，再经GPRS网络到用户机，根据数据显示远程控制温室环境，实现温室远程监控的效果。本系统实现无人值守，具有低成本、实时和便捷性，为我国温室的自动化控制提供了方便。关键词：ZigBee；GPRS；无线传感器网络；远程监控IV兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) AbstractAbstractGreenhouse cultivation to improve the peoples living standard bring great convenience, to get rapi

8、d promotion and application of. Cultivation of environmental temperature, humidity, light intensity, concentration of CO2 and other environmental factor for crop production has a great influence on. The design of a programme based on ZigBee protocol remote greenhouse monitoring system. The system wi

9、th the help of mobile communication network, Internet and wireless sensor networks, the use of ZigBee wireless sensor network terminal node of the data acquisition, the coordinator node and GPRS module is sent to a GPRS network, then the GPRS network to the user machine, according to the data displa

10、y remote control of greenhouse environment, to achieve the effect of greenhouse remote monitoring. This system realizes unattended, has low cost, real time and convenience, for our country greenhouse automatic control provides a convenient.Keywords: ZigBee; GPRS; wireless sensor network; remote moni

11、toring兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) 目 录目 录 1. 绪 论11.1研究背景与意义11.2 国内外研究的现状11.2.1国内外温室测控系统研究现状11.2.2国内外无线传感器网络系统在温室中应用研究现状22. 系统分析32.1 基本功能32.2 基本组成32.3 系统构架32.4系统难点分析42.5无线网络结构43. 系统技术概述63.1 无线网络技术63.2 GPRS技术83.3 无线传感器网络技术83.4 GPRS模块DTP-S05CI93.5 CC2430芯片93.6 温度传感器模块（DS18B20）113.6.1 技术性能113.6.2 DS18B20的工作原理123.

12、7 湿度传感器模块124. 系统设计144.1 硬件的设计144.1.1网关硬件设计144.1.2 ZigBee节点硬件设计144.1.3温室无线传感器控制节点的设计154.2 软件设计164.2.1移植Linux内核174.2.2移植根文件系统和BOA服务器174.2.3无线传感网络控制节点应用程序的设计184.2.4网关软件设计215. 系统测试245.1 测试设备245.2 系统测试方案245.2.1 ZigBee节点组网测试245.2.2 GPRS测试245.3 结果分析255.3.1 测试数据255.3.2 短信报警数据265.4 实现功能266. 展 望27结 论28致 谢29参考

13、文献30兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) 第一章 绪 论1. 绪 论1.1研究背景与意义农业是国家的经济命脉，原始的劳动生产手段、落后的劳动生产力及低下的劳动生产率已不能满足当今社会的需求，提高农业劳动生产率的重要方法之一就是实现农业生产的智能化和信息化。农产品及各种水产养殖品的成活质量与它们赖以生存的环境之间有着密切的关系。而温室的主要作用就是能够在一年四季都提供给作物以他们所必需的生长环境，温室控制的首要任务是采集作物生长环境的参数，国内目前绝大多数采用的是人工实地测试，一天多次或者几天一次的读取温室里的测量仪，这样不仅耗费不必要的人力物力损耗，还不能实时的监测温室内变化，更不能智能化

14、的自动打开相应设备来调控参数，无法进一步实现温室作物的质量和产量的提高。无线传感器网络在农业生产中的应用将这一难题变为可能，它可以有效的监测温室内各个角度的参数，并且将数据实时反馈给数据中心，数据中心根据已经定义好的规则库，按作物的不同生长阶段由专家系统识别判断参数的合法性，从而向控制节点发送指令，控制各个调控设备协同工作。最大程度上的在第一时间保护农作物不被环境所影响，从而提高作物产量。无线传感器网络技术的进一步发展为其在农业上的推广应用打下了坚实的基础，现在的无线传感器网络节点定位和能耗有待于进一步提高，它所给养殖户带来的巨大效益和布网的经济性、采集参数的实时性、准确性都直接推动了其在农作

15、物温室培育方法的广泛应用。1.2 国内外研究的现状1.2.1国内外温室测控系统研究现状将温室用于养殖生产实践，并取得最大成绩获得最大经济效益的当属荷兰，它的现场布置系统及后台的软件控制专家系统都是走在世界前列的，由于得天独厚的地理位置，荷兰所采用的温室中有绝大多数是玻璃温室，主要用于花卉和农作物的种植。在人工干预农作物的成熟期方面，美国拥有最成功的案例，他们不仅为农作物提供了自身生长所必须的生存环境，还根据农作物成熟期的自然规律采取人工干预，通过调节作物所必须的温度、PH值、光照、湿度、氨氮等参数来保证农作物的最佳成熟期，以满足市场的需要。不仅如此，美国还利用自己的信息高速公路，通过网络和GP

16、S系统远程监控温室。我国现代化温室的应用在台湾很早就已见诸报端，台湾夏季气候高温多雨，并不利于生产质优的高价农作物。环控温室的应用保护了农作物免受恶劣天气影响，用以提高温室生产效率高，并稳定农作物产量及品质。环控温室是一所以透明胶膜或胶板密封的种植室，可就农作物生长情况而调节室内的温度、湿度和光照度，提供一个适合全年耕作的环境。1.2.2国内外无线传感器网络系统在温室中应用研究现状国外早已开始了将无线传感器网络应用于温室测控系统的实践，摩托沃克系统是美国在温室无线传感网络应用中比较成熟的一个监控系统，另外，以色列也有同样成功的案例，如Phytomonitoring监控系统。摩托沃克系统采用IS

17、M波段，该波段无需付段，这为它的推广应用提供了极为有利的条件，它所涉及的传感器有扭矩传感器、温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、加速度传感器等等。操作系统选用伯克力大学研发的TinyOS操作系统，节点仅需3伏锂电池供电，锂电池可拆卸并可以方便充电，通信协议选用近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的ZigBee协议，该监控数据可以方便的经由数据中心通过因特网远程监控。在国内，已有很多研究机构开始着手进行研究如何在温室中应用无线传感器网络，并有相关探讨性文章发表，但还没有将无线传感器网络成功应用于温室农业的报道，该技术还处于起步阶段，尚有很长的探索之路要走。30兰州工业高等专科学校

18、毕业设计(论文) 第二章 系统分析2. 系统分析2.1 基本功能该系统研究一种基于ZigBee技术的温室远程监控系统，在温室远程监控系统的设计中，采用ZigBee模块与传感器模块组成无线传感器节点，对所覆盖环境中的温度、湿度等参数进行实时采集并传至路由节点，由路由节点转发其它子节点传输来的信息，逐步将信息转发给同一子网的协调器节点，协调器节点把这些数据通过GPRS模块发送GPRS 网络中，再由GPRS网络将数据发送到Internet、手机客户端和监控主机，监控主机负责数据存储和对数据的进一步处理，监控中心接收无线传感网络采集的数据，实时显示，并存储在数据库里面，形成对温室环境状况的长期记录，由

19、监控中心对温室环境进行评估与分析，并根据检测到的温室环境发出提示信息。2.2 基本组成该系统由监测系统和控制系统组成。其中，监测系统由ZigBee通信子网和远程监测终端构成。控制系统由控制单元和ZigBee通讯模块构成。如下图所示：远程监控系统监测系统控制系统无线网络技术图2-1 基本组成图2.3 系统构架该系统的具体构成以及各模块连接如图2-2所示：温度传感器湿度传感器CO2传感器ZigBee无线网络CC2430网关硬件S3C2440AInternet用户监控机GPRS模块DTP-S05CI服务器数据库手机终端控制中心（微处理器）增 氧 机帘 幕循 环 泵加 热 器图2-2 系统模块构成图2

20、.4系统难点分析本系统涉及数据的无线收发，节点设计，数据的监测，温室的自动控制模块和数据库的分析整理等，其中无线网络的互联是本设计的关键，也是设计中的难点。2.5无线网络结构基于ZigBee和GPRS相结合的无线数据传输网络，由CC2430节点连接传感器对温室中的湿度、温度等信息进行实时采集，经ZigBee局域网中心节点收集采集的数据后，由GPRS远程传送数据到手机客户端或网络基站，在网络基站中建立自己的网络数据库，并负责将传送上来的数据收集到建立好的数据库中，经监控中心对数据进行综合分析作出相应的预警处理，其检测系统主要分为以下五部分：1）温室环境监测与数据采集部分。2）无线网络传输单元。3

21、）远程数据传输单元。4）监测中心数据处理分析部分。5）PC机显示部分。具体系统网络结构如图2-3所示：CC2430InternetZigBee网关ZigBee无线网络用户监控机温度传感器CO2传感器湿度传感器温度传感器CO2传感器湿度传感器图2-3 系统网络结构图兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) 第三章 系统技术概述3. 系统技术概述3.1 无线网络技术ZigBee是一种成熟的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线传感技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器

22、之间相互协调实现通信。ZigBee是一种无线连接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在1075m的范围内,但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点： 1）低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电 池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。 2）成本低： ZigBee模块的初始成

23、本在6美元左右，估计很快就能降到1.52.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。 3）时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。 4）网络容量大： 一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。 5）可靠: 采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发

24、送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式， 每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。 6）安全： ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证， 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4（无线个人区域网）协议标准，但在此基础上进行了完善和扩展。其网络层、应用会聚层和高层应用规范(API)由ZigBee联盟进行了制定，整个协议栈架构如图3-1所示： 应用软件应用层规范API 网络

25、层数据链路层DLL介质存取层MAC物理层PHY用户代码ZigBee stack802.15.4图3-1 ZigBee协议栈架构 IEEE ZigBee是以一个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、片状或网状网络，因此，每个节点的功能并非都相同。为降低成本，系统中大部分的节点为子节点，从组网通信上，它只是其功能的一个子集，称为精简功能设备（RFD）；而另外还有一些节点，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称之为全功能设备(FFD)即协调器，如图3-2所示：图3-2 ZigBee拓扑结构图3.2 GPRS技术GPRS(GeneralPacket Radio S

26、ervice)是“通用分组无线服务”的英文简称，是中国移动开辟的无线移动服务业务。在许多方面具有明显的优势：1）网络覆盖面广、接入范围大，系统构建便捷、运行成本较低等特点。2）传输速率较高，理论数据传输速率可高达171bps。3）登录和接入等待时间短，可快速建立连接。4）提供实时在线功能，用户将处于“永远在线”状态，这将使访问服务变得非常简单、快速，几乎不会出现“掉线”或信息丢失现象。5）计费合理，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，即使用户可以一直在线，但只按数据流量收取费用。GPRS上述优势特点非常适用于间歇的、突发的、频繁的、小流量的数据传输，同时对偶有大流量数据传输也能承受。3.3

27、 无线传感器网络技术无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。无线传感器网络（wireless sensor network）简称WSN，是一种由大量小型传感器所组成的网络。这些小型传感器一般称作sensor node（传感器节点）或者mote（灰尘）。此种网络中一般也有一个或几个基站(称作sink)用来集中从小型传感器收集的数据。WSN具有以下特点：1）硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式

28、处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。2）电源容量有限。WSN节点通过自身携带的电他来提供电源，当电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。3）无中心。WSN没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。4）自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。5）多跳（Multi

29、-hop）路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。6）动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。7）节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。3.4 GPRS模块DTP-S05

30、CIDTP系列GSM/GPRS Modem是针对工业级用户，采用GSM/GPRS网络为传输媒介的无线通讯产品。可广泛用于工业控制、远程抄表、道路交通监控、环境监控、GPS定位、金融交易、移动办公等领域。DTP-S05Ci的内核主体是西门子双频工业手机模块，支持EGSM900 / GSM1800频段，能提供语音、SMS、FAX、GPRS多种通讯方式。产品具有以下特点：1）采用5VDC电压，500mA电流的外接电源，功耗低，方便用户系统供电。 2）产品体积小巧，设计时考虑到不同环境下的应用，避免了各种内因造成的工作隐患。既可作为嵌入式使用，也可以外置使用。3）外壳采用铝合金材料，坚固耐用，抗强电磁

31、干扰能力和散热能力极强。 4）工作温度：-2055，工作湿度90%。 5）用户可根据自身需要灵活选择产品接口。 6）使用RS232标准串口通信，设计结构简洁。 3.5 CC2430芯片CC2430芯片以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌入式机构很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案。其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线感应网络等领域，同时也适用于 ZigBee之外2.4 GHz频率的其他设备。 CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了Z

32、igBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU(8051)，具有128 KB可编程闪存和8 KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128协同处理器、看门狗定时器(Watch dog timer)、32 kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路(Power On Reset)、掉电检测电路(Brown out detection)，以及21个可编程I/O引脚。CC2430包括四个定时器：一个16位MAC定时器，用以为IEEE 802.15.4的CSMA-CA算法提供定时以及为IEEE 802.15.4的MAC层提供定时。一个一般的16位

33、和两个8位定时器，支持典型的定时/计数功能，例如，输入捕捉、比较输出和PWM功能。 CC2430内集成的其他外设有: 实时时钟；上电复位；8通道，814位ADC；可编程看门狗；两个可编程USART，用于主/从SPI或UART操作。 为了更好的处理网络和应用操作的带宽，CC2430集成了大多数对定时要求严格的一系列IEEE 802.15.4 MAC协议，以减轻微控制器的负担。这包括：自动前导帧发生器、同步字插入/检测、CRC-16校验、CCA、信号强度检测/数字RSSI、连接品质指示(LQI) 和CSMA/CA协处理器。CC2430芯片采用0.18m CMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27 m

34、A；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。CC2430芯片的主要特点如下：1）高性能和低功耗的8051微控制器核。2）集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的 RF无线电收发机。3）优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。4）较宽的电压范围（2.03.6 V）。5）具有电池监测和温度感测功能。6）集成了14位模数转换的ADC。 7）集成AES安全协处理器。8）强大和灵活的开发工具。CC2430芯片引脚如图3-3所示：图3-3 CC2430 芯片引脚图3.6 温度传感器

35、模块（DS18B20） 该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20的主要特性：1）适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 3）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一

36、只三极管的集成电路内。 5）温度范围55+125，在-10+85时精度为0.5。 6）可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，可实现高精度测温。 7）在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快。 8）测量结果直接输出数字温度信号，以“一 线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 9）负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 3.6.1 技术性能独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处

37、理器与DS18B20的双向通讯。测温范围是55125，固有测温分辨率为0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，但是最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。实现多点测温，它的工作电源为35V/DC，在使用中不需要任何外围元件。测量结果以912位数字量方式串行传送。 描述DS18B20的数字温度计提供9至12位可编程设备温度读数。信息被发送到DS18B20 的1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一条线连接。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。DS18B20GND DQVDD1

38、2 3图3-4 DS18B20的PR35封装1接地端：接地。2信号端：数字信号输入输出。3电源端：可选电源管脚。3.6.2 DS18B20的工作原理DS18B20的内部结构如图3-5所示。由图3-5可知，DS18B20由三个主要数字器件组成：64bit闪速ROM。温度传感器。非易失性温度报警触发器TH和TL。64bit闪速ROM的结构如下：8bit检验CRC 48bit序列号8bit工厂代码（10H） MSB LSB/ MSB LSB/ MSB LSB 图3-5 DS18B20的ROM结构 它既可寄生供电也可由外部5v电源供电。在寄生供电情况下，当总线为高电平时，DS18B20从总线上获得能量

39、并储存在内部电容上，当总线为低电平时，由电容向DS18B20供电。DS18B20的测温原理：内部计数器对一个受温度影响的振荡器的脉冲计数，低温时振荡器的脉冲可以通过门电路，而当到达某一设置高温时振荡器的脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55时的值，如果计数器到达0之前，门电路未关闭，则温度寄存器的值将增加，这表示当前温度高于-55。同时，计数器复位在当前温度值上，电路对振荡器的温度系数进行补偿，计数器重新开始计数直到回零。3.7 湿度传感器模块HS1101湿度传感器在电路中等效于一个电容器Cx，其电容随所测空气的湿度增大而增大，在相对湿度为0%100%RH的范围内，电容的容量由160pF变化到

40、200pF，其误差不大于2%RH，响应时间小于5s，温度系数为0.04pF/。其特点如下： 1）全互换性：在标准环境下不需校正。 2）长时间饱和下快速脱湿。 3）可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸。 4）高可靠性与长时间稳定性。 5）专利的固态聚合物结构。 6）可用于线性电压或频率输出回炉。 7）快速反应时间。 HS1101湿敏电容元件：专利的固态聚合物结构高精度：2%RH，极好的线形输出宽量程：199%RH，宽工作温度范围 40100湿度输出受温度影响极小，常温使用无须温度补偿响应时间 5秒 ，浸水或结露后10秒钟迅速恢复。抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质长期稳定性及可靠性，互换性好

41、。HS1101全互换性，在标准环境下不需校正，长时间饱和下可以快速脱湿，也可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸。具有高可靠性与长时间稳定性，专利的固态聚合物结构，具有快速的反应时间，最大参数值为Ta=25，工作温度在-40100 之间，储存温度为-40125 ，供电电压是10 V，湿度范围在RH 0100 %RH之间。 兰州工业高等专科学校毕业设计(论文) 第四章 系统设计4. 系统设计4.1 硬件的设计本文用嵌入式BOA服务器作为2个网络的信息中转站，以实现网关的功能。BOA服务器是一个小巧高效的Web服务器，运行于Unix或Linux系统下，支持CGI的、适合用于嵌入式系统的单任务的HTTP服

42、务器。4.1.1网关硬件设计嵌入式BOA服务器可以在嵌入式Linux操作系统的支持下进行设计。网关硬件结构如图4-1所示：CC2430UART64MB SDRAM256MB FalshS3C2440AMAX3232C调节接口电源接口DM9000A 图4-1 网关硬件结构DM9000AEP是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网MAC控制器与一般处理接口，一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM 。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的支持宽容。S3C2440A 是三星公司生产的一种16/32 位RISC 结构微处理器芯片，其带有先进的ARM920T 内核，

43、0.13 m 的CMOS 标准宏单元和存储器单元，总线采用最新的AdvancedMicro controller Bus Architecture（AMBA）架构。ARM920T 内核采用MMU，AMBA，BUS 和Harvard 的高速缓存结构，具有独立的8 字长16 kb 指令缓存器和16 kb 数据缓存器。S3C2440A 可提供一套通用的外设接口， 无需在额外扩展外围器件，其功耗低，简单，方便，且全静态设计，特别适合于对成本和功率要求比较高的应用中。MAX3232C负责串行口发送接收信号的电平转换。4.1.2 ZigBee节点硬件设计ZigBee节点硬件结构如图4-2所示，主要由CC2430射频芯片和传感器构成。CC2430SRAMFlashRFJTAG调试接口UART接口3V电池传感器传感器传感器天线传感器节点控制模块 图4-2 ZigBee节点硬件结构CC2430芯片整合了高性能2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器内核和工业标准的增强型8051 MCU，还包括了8 KB的SDRAM、128 KB的Flash，是一种片上系统（SoC）解决方案。将相应的传感器与CC2430的IO引脚连接，可测得所需的温室环境参数，并通过ZjgBee无线网络进行传输。本系统在每个ZigBee节点上分别