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    山东11选5:采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    电子设计 ? 2018-11-05 08:44 ? 次阅读

    山东11选5走势图 www.iic6.com 引 言

    传统的温度控制系统通常采用有线传输信号的方式,布线费用较高,维修不便。zigBee 技术作为一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术,得到了广泛的应用;GPrs是在现有的GSM 系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输,这一特点正适合大多数移动互联的应用。将ZigBee和GPRS引入温度控制系统中,采用两种无线通信方式相结合的方式实现信息的传输,将有助于解决温度控制系统信息化、自动化程度相对滞后的问题。

    1 ZigBee技术及GPRS技术简介

    1.1 ZigBee技术简介

    ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线通信技术,它依据IEEE802.15.4 标准,定义了不同厂商生产的设备相互兼容的内容,它可以将若干个微小的传感器组织起来通信,这些传感器只需要很小的能量就可以通过多跳的方式传送数据。已经在许多领域被广泛使用,如温度、湿度、光照及气体浓度等小数据量信息的采集与传输。

    ZigBee的主要特点:

    (1 )低功耗

    这是ZigBee技术的一个显着优点,由于在收发信息时功耗比较低,在MAC 层采用休眠机制,信道接入时延短,ZigBee 节点十分省电。节点的电池使用寿命可达半年到两年。

    (2 )低成本

    由于ZigBee协议栈相对蓝牙、WI-FI 简单,降低了对通信控制器件的要求,可以降低器件成本,加上ZigBee 协议免专利费,可以降低软件的使用费用。低成本也是ZigBee 一个显着优点。

    (3 )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,组网十分灵活。

    (4 )安全可靠

    在MAC 层采用安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消息,提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包安全检查功能,支持鉴权和认证,系统安全可靠。

    (5 )时延小

    ZigBee 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的设备搜索时延为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。

    (6 )低速率

    ZigBee不同的工作频段,数据传输速率都比较低。

    868MHz 频段数据传输速率为20kbps,915MHz 频段数据传输速率为40kbps2.4GHz 频段数据传输速率为250kbps。

    1.2 GPRS技术简介

    GPRS 是通用分组无线业务(General Packet RadioService)的英文简称,是一种分组交换系统。GPRS 逻辑结构如图1 所示。GPRS 的基本功能就是在移动终端和标准数据通信网的路由器之间传递分组业务。GPRS 网络结构基于GSM 系统实现,话音部分仍采用原来GSM 的基本处理单元,而对于数据部分则新增加了一些数据处理单元和接口。为了实现数据承载,GPRS 系统引入了几种新的网络单元,如分组处理单元PCU、GPRS服务支持单元SGSN、GPRS网关支持单元GGSN,以及其它辅助进行数据业务管理和应用的单元如DNS 和DHCP 服务器、网络时间协议服务器NTP,计费网关CG等。

    采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    图1 GPRS逻辑结构

    2 系统总体方案设计

    系统采用??榛纳杓扑悸?。整个系统的设计目标是高精度、低成本、低功耗、体积小、安全可靠及操作简单。

    本系统使用超低功耗lpc1114 M0 ARm7 作为核心控制器件,使用DS18B20 传感器采集温度信息,将温度信息转化为数字信息,经过ZigBee 无线传感网路送至核心控制器件LPC1114 M0,核心控制器件对数据进行分析处理,根据处理结果对执行单元进行控制,如果水温超过标准值,启动降温???;低于标准值,启动加热???;如果温度长时间处于标准值之下或标准值之下,超过时间阈值(可以根据经验设置),启动报警???,并通过GPRS,将报警信息发送至用户终端,以便做出及时处理。系统采用12864 作为显示???,对温度信息、报警信息及执行信息进行实时显示。系统总体结构如图2 所示。

    采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    图2 系统总体结构

    3 硬件设计

    3.1 核心控制器件

    LPC1114是基于ARM Coter-M0的控制器,具有高达32KB的Flash程序存储器和8KB静态Ram存储器,一个FAST-modePlus 的C 接口,cpu 的工作频率最高可达50MHz,晶体振荡器的工作范围为1MHz-25MHz,具有处理速度快、价格低廉的特点,可用于高集成度、低功耗的嵌入式系统,被广泛应用于电子行业、通信产品、家庭自动化产品、便携式监视器等方面。

    3.2 数字温度传感器:DS18B20

    DS18B20 具有体积小、功耗低、抗干扰性强和适应性好的特点,分辨率最高可达12位,可检测温度范围为–55°C~+125°C,精度可达土0.5°C,最大工作周期为750 毫秒,可以提供9 位温度读数指示。采用单总线数据通信方式,从核心控制器件LPC1114 到DS18B20 仅需一条连线就可以实现读写操作。

    3.3 无线??镃C2430

    CC2430 延用了CC24320 的架构,是一款真正符合IEEE802.15.4标准的片上Zigbee产品。在单个CC2430芯片上整合了ZigBee 射频前端﹑内存和微控制器。它使用8KB的mcu,具有128KB 可编程内存和8KB 的RAM,还包括模数转换器(A/D)﹑定时器﹑AES128 协同处理器、看门狗定时器,晶振休眠定时器,上电复位,掉电检测电路和21 个I/O 口。

    3.4 液晶显示12864

    液晶显示12864 用ST7920 作为控制器和驱动器,可以提供33 路com 输出和64 路seg 输出。ST7920 驱动器可以与ST7921 配合使用,最多可输出256 ×32 液晶点阵。

    4 软件设计

    系统使用TKStudio 开发软件,编写底层驱动程序和应用层函数。系统中信号的采集、变换、处理、控制信号发送与接收都是用C 语言进行编程。

    图3、图4 和图4 分别为LPC1114 主程序流程图、温度传感器节点流程图和ZigBee 网关程序流程图。

    采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    图3 LPC1114主程序流程图

    采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    图4 温度传感器节点流程图

    采用ZigBee和GPRS无线通信方式相结合的温度控制系统设计

    图5 ZigBee网关程序流程图

    5 结束语

    本系统采用采用ZigBee 和GPRS 无线通信方式相结合的方式设计温度控制系统。DS18B20 芯片可以很好地采集温度信息;ZigBee 无线传输网络可以实现主控??橛胛露刃畔⒉杉诘愕氖荽?,外围扩展功能??榭梢允迪质菹允?,便于调试和维护;报警信息可以通过GPRS 网络传送到用户终端,实现对温度信息实时监控的目的,无需专门布设通信线路,可以有效降低成本。通过测试表明:系统设计达到了设计目标的要求。测试精度可达土0 . 5 °C ,可以广泛应用于民用及工业控制等领域。

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    的头像 电子设计 发表于 04-06 10:00 ? 667次 阅读
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    CMOS交换机技术的优势及应用介绍

    高性能RF开关是关键构建??橹辉谙执尴咄ㄐ畔低持行枰?。对于高频应用,例如移相器,可切换滤波器,雷....
    的头像 电子设计 发表于 04-06 09:59 ? 420次 阅读
    CMOS交换机技术的优势及应用介绍

    HiFive1 Rev B与HiFive1的区别

    这个升级的改进还是显而易见的,FE310-G002增加了对最新RISC-V调试规范0.13,硬件I2....
    的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-04 14:46 ? 644次 阅读
    HiFive1 Rev B与HiFive1的区别

    中科院微系统所与携手爱发科集团共同创立“先进存储器技术联合实验室”

    中国科学院上海微系统与信息技术研究所是我国最早的工学研究机构之一,作为中国最早从事无线通信,传感技术....
    的头像 联动原素 发表于 04-03 10:09 ? 863次 阅读
    中科院微系统所与携手爱发科集团共同创立“先进存储器技术联合实验室”

    SIM800C GPRS??榈牡缏吩硗济夥严略?/a>

    本文档的主要内容详细介绍的是SIM800C??榈牡缏吩硗济夥严略?。
    发表于 04-03 08:00 ? 125次 阅读
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    M260无线通信和GPS定位功能??榈氖菔植崦夥严略?/a>

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    发表于 03-29 08:00 ? 106次 阅读
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    5G为什么那么火,声势浩大?2G到4G升级都没什么事

    5g是一切的基础,未来就如同《三体·二》中描述的一样:万物互联。
    发表于 03-25 09:16 ? 847次 阅读
    5G为什么那么火,声势浩大?2G到4G升级都没什么事

    如何实现GPRS网络远程测控系统中的短信功能详细研究分析

    短信通信是移动通信系统提供的一项重要通信方式,是通过移动网络提供传输有限长度的文本数字或文字信息的服....
    发表于 03-25 08:00 ? 916次 阅读
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    如何使用BDS和GPRS进行智能汽车定位器的设计

    企事业单位及高校外来车辆进出频繁,单位及校园内部道路外来车辆随意停放现象日趋严重。为了规范停车,本文....
    发表于 03-25 08:00 ? 61次 阅读
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    如何使用CC2530进行Zigbee协调器节点的设计

    为了使无线传感器网络节点获得更好的通信效果,给出了采用TI公司的CC2530作为主芯片对ZigBee....
    发表于 03-25 08:00 ? 133次 阅读
    如何使用CC2530进行Zigbee协调器节点的设计

    6G尚未成型,关键技术仍在摸索中

    纽约大学教授泰德·拉帕波特发表声明:“联邦通信委员会已经启动了6G的竞赛。
    的头像 润欣科技Fortune 发表于 03-22 16:42 ? 936次 阅读
    6G尚未成型,关键技术仍在摸索中

    Vuzix与美国最大无线通信服务供应商Verizon达成主要经销商协议

    Oculus Rift最初发布于2016年,而近日在美国亚马逊、百思买或微软等零售商的商城上已不再销....
    的头像 VR陀螺 发表于 03-20 10:41 ? 1457次 阅读
    Vuzix与美国最大无线通信服务供应商Verizon达成主要经销商协议

    CC2530 用于 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / RF4CE / ZigBee 的第二代片上系统解决方案

    CC2530是适用于IEEE 802.15.4,Zigbee和RF4CE应用的真正片上系统(SoC)解决方案。它可以以非常低的总物料清单成本构建强大的网络节点。 CC2530将领先的RF收发器的卓越性能与行业标准的增强型8051 MCU,系统内可编程闪存,8 KB RAM以及许多其他强大功能相结合。 CC2530有四种不同的闪存版本:CC2530F32 /64/128/256,分别具有32/64/128/256 KB的闪存。 CC2530具有多种工作模式,非常适合需要超低功耗的系统。工作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 结合德州仪器(TI)业界领先的黄金单元状态ZigBee协议栈(Z-Stack),CC2530F256提供了强大而完整的功能。 ZigBee解决方案。 结合德州仪器(TI)的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2530F64及更高版本提供了强大而完整的ZigBee RF4CE远程控制解决方案。 特性 RF /布局 2.4 GHz IEEE 802.15.4兼容RF收发器 出色的接收灵敏度 可编程输出功率高达4.5 dBm 非常少的外部组件 异步网络只需要一个单晶体 6 mm×6 mm QFN40封装 适用于符合全球无线电规范的系统 - 频率规定:ETSI EN 300 328和EN 300 440(欧洲), FCC CF...
    发表于 11-02 19:33 ? 127次 阅读
    CC2530 用于 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / RF4CE / ZigBee 的第二代片上系统解决方案

    CC2531 用于 IEEE 802.15.4 和 ZigBee 应用的片上系统解决方案

    CC2531是一款支持USB的真正片上系统(SoC)解决方案,适用于IEEE 802.15.4,ZigBee和RF4CE应用。它可以以低总物料清单成本构建USB加密狗或USB可升级网络节点。 CC2531将领先的RF收发器的性能与业界标准的增强型8051 MCU,系统内可编程闪存,8 KB RAM以及许多其他强大功能相结合。 CC2531具有多种工作模式,适用于需要超低功耗的系统。操作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 USB HID和CDC库和示例的源代码可从www.ti.com上的CC2531产品页面下载。 结合业界领先的黄金单元状态ZigBee协议栈(Z-Stack) )来自德州仪器,CC2531提供强大而完整的ZigBee USB加密狗或固件可升级网络节点。 结合德州仪器的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2531提供强大的ZigBee RF4CE??仄?- USB加密狗或TV /STB实现的控制目标。 特性 RF /布局 2.4 GHz IEEE 802.15.4兼容RF收发器 出色的接收灵敏度 可编程输出功率高达4.5 dBm 少数外部组件 异步网络只需要单个晶体 6毫米×6毫米QFN40封装 适用于符合全球无线电频率规定的系统:ETSI EN 300 328和EN 300 440(欧洲)...
    发表于 11-02 19:33 ? 64次 阅读
    CC2531 用于 IEEE 802.15.4 和 ZigBee 应用的片上系统解决方案

    CC2520 二代 2.4GHz ZigBee/IEEE 802.15.4 射频收发器

    CC2520是TI针对2.4 GHz免许可ISM频段的第二代ZigBee?/IEEE 802.15.4 RF收发器。该芯片通过提供最先进的选择性/共存性,出色的链路预算,高达125°C的工作温度和低电压工作,实现了工业级应用。此外,CC2520还提供广泛的应用硬件支持帧处理,数据缓冲,突发传输,数据加密,数据认证,空闲信道评估,链路质量指示和帧定时信息。这些功能可降低主控制器的负载。 在典型系统中,CC2520将与微控制器和一些额外的无源元件一起使用。 特性 申请 IEEE 802.15.4系统 ZigBee?系统 工业监控 家庭和楼宇自动化 自动抄表 低功耗无线传感器网络 机顶盒和??仄?消费类电子产品 主要特点 最先进的选择性/共存相邻信道抑制:49 dB 备用信道抑制:54 dB 出色的链路预算(103dB) 400 m视距范围 扩展温度范围(? ?40至+ 125°C) 宽电源范围:1.8 V ?? 3.8 V 广泛的IEEE 802.15.4 MAC硬件支持卸载微控制器 AES-128安全??? CC2420接口兼容模式 低功率 RX(接收帧,?? 50 dBm)18.5 mA TX 33.6 mA @ +5 dBm TX 25.8 mA @ 0 dBm 设备齐全的开发套件 硬件中的数据包嗅探器支持 ZigBee?是Z...
    发表于 11-02 19:33 ? 17次 阅读
    CC2520 二代 2.4GHz ZigBee/IEEE 802.15.4 射频收发器

    CC2592 2.4GHZ 射频范围扩展器

    CC2592器件是一款针对低功率和低压2.4GHz无线应用的经济高效且高性能的RF前端。 CC2592器件是一款针对德州仪器(TI)所有CC25XX 2.4GHz低功率RF收发器,发射器和片上系统产品的范围扩展器。 为了增加链路预算,CC2592器件提供一个可增加输出功率的功率放大器,以及一个具有低噪声系数的LNA,以提升接收器灵敏度。 CC2592器件提供一个极小尺寸,高输出功率RF设计,此设计采用4mm x 4mm四方扁平无引线(QFN)-16封装。 CC2592器件包含高性能无线应用简单设计所需的PA,LNA,开关,RF匹配和不平衡变压器。 特性 与德州仪器(TI)2.4GHz低功率RF器件的无缝对接 + 22dBm输出功率 CC2520,CC253X和CC85XX上3dB典型经改进灵敏度 极少的外部组件 集成开关 集成匹配网络 集成不平衡变压器 集成电感器 集成功率放大器(PA) 集成低噪声放大器(LNA) 通过HGM端子的LNA增益数字控制 断电时(LNA_EN = PA_EN = 0),电流100nA 低发送流耗 对于+ 22dBm,PAE = 34%,电压3V时的电流为155mA 低接收流耗 针对高增益模式的4.0mA电流 针对低增益模式的1.9mA电流 4.7dB L...
    发表于 11-02 19:32 ? 54次 阅读
    CC2592 2.4GHZ 射频范围扩展器

    CC2538 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4-2006 和 ZigBee 应用的强大片上系统

    CC2538xFnn是适用于高性能ZigBee应用的理想无线微控制器片上系统(SoC)。该器件包含基于ARM Cortex M3的强大的MCU系统,具有高达32KB的片上RAM和高达512KB的片上闪存以及可靠的IEEE 802.15.4射频功能。这使得该器件能够处理涉及安全性,要求严格的应用程序以及无线下载的复杂网络协议栈.32个通用输入和输出(GPIO)以及串行外设接口可实现到电路板其它部分的简单连接。强大的硬件安全加速器可在CPU处理应用任务的同时实现快速且高效的认证和加密。具有保持功能的多个低功耗模式可实现从休眠状态快速唤醒并且显着降低执行顺期平稳开发,CC2538xFnn包括一个强大的调试系统和一个综合性驱动器库。为了减少应用闪存封装尺寸, CC2538xFnn ROM包含一个实用功能库和一个串行引导加载器.CC2538与T我免费提供的稳健且全面的Z-Stack软件解决方案搭配使用,可提供市场上功能最强大,最稳定的ZigBee解决方案。 特性 微控制器 强大的ARM Cortex-M3,具有代码预提取功能 高达32MHz的时钟速度 512KB,256KB或128KB系统内可编程闪存 支持片上无线升级(OTA) 支持双Zigbee应用配置 高达32KB的RAM(...
    发表于 11-02 19:32 ? 40次 阅读
    CC2538 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4-2006 和 ZigBee 应用的强大片上系统

    CC2533 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4 和 ZigBee 应用的真正的片上系统解决方案

    CC2533是基于IEEE 802.15.4的远程控制系统的优化片上系统(SoC)解决方案。当用作灵活的SoC时,它可以以低物料成本构建单芯片??仄?。当在RemoTI RF4CE堆栈的无线网络处理器配置中使用时,它还提供了将RF4CE功能添加到设备或目标的简单路径??梢砸苑浅5偷淖芪锪锨宓コ杀竟菇ㄇ看蟮耐缃诘?。 CC2533将领先的RF收发器的卓越性能与单周期8051兼容CPU相结合,最高可达96 KB - 系统可编程闪存,高达6 KB RAM,以及许多其他强大功能。 CC2533具有高效的功耗模式,RAM和寄存器保持低于1μA,非常适合需要超低功耗的低占空比系统。工作模式之间的短转换时间进一步确保了低能耗。 结合德州仪器的黄金单元状态RemoTI堆栈,CC2533提供了强大而完整的ZigBee RF4CE远程控制解决方案。它也非常适合在具有SPI /UART /I 2 C接口的网络处理器配置中实现远程控制系统的目标端。 CC2533配有参考设计和实现远程控制系统的示例软件,以确保高效的设计。 CC2533有三种内存大小配置: CC2533F32 - 32 KB闪存,4 KB RAM CC2533F64 - 64 KB闪存,4 KB RAM CC2533F96 - 96 K...
    发表于 08-21 18:44 ? 318次 阅读
    CC2533 用于 2.4GHz IEEE 802.15.4 和 ZigBee 应用的真正的片上系统解决方案
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