基于CC2530的无线信道监测节点设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 (论文 ) ( 届 ) 论文题目 基于 CC2530的无线信道监测节点设计 (英文 ) Radio Channel Monitoring Node Design Based on CC2530 所在学院 电子信息学院 专业班级 电子信息 工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，酝酿出无线传感器网络，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场改革。无线传感器网络就是由布置在监测区域内大量的便宜微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络展开。 传感器节点廉价和重

2、量轻，还会拥有一些基本功能，比如 感知、采集、处理和传输网络遮盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。 无线通信方式采用是 Zigbee， Zigbee是 一种短距离 、低功耗的无线通信技术。 BasicRF 协议描述的是简单的点对点的无线通信。 本文主要 首先通过对 CC2530 芯片的硬件工作原理的 理解 ， 掌握适用于CC2530 的 BasicRF 通信协议内容 ， 研究 BasicRF 通信流程和工作机制 。 熟悉 IAR Embedded Workbench 嵌入式开发工具 ， 了解 IAR Embedded Workbench 程序的写法，接着，结合所掌握的内容编写程序，使

3、用 IAR Embedded Workbench 嵌入式开发工具进行 CC2530 应用程序的开发。 关键词： 嵌入式系统； CC2530； ZigBee Abstract The electrical system, chip system, wireless communication and low power consumption embedded technology rapid development, brewed wireless sensor network, and with its low power consumption, low cost, distributed

4、 and the organizations characteristics to bring information perception of a reform. Wireless sensor network is decorated in monitoring area by a lot of cheap miniature of sensor nodes, through the wireless communication forms of more than a jump from the organization on the network. The sensor node

5、cheap and light weight, can you still have some basic functions, such as perception, acquisition, processing and transmission network cover geographical area of monitoring information perception object, and report to the user. Wireless communication is the Zigbee. Zigbee is a short, low wireless com

6、munication technology. This paper mainly based on CC2530 chip hardware work principle understanding. Based on the application to the CC2530 BasicRF communication protocol content, BasicRF communication process and working mechanism is investigated. By familiaring with IAR Embedded Workbench Embedded

7、 development tools, understanding IAR Embedded Workbench program written, and together with the content of the master program, we use IAR Embedded Workbench Embedded development tools for CC2530 application development. Key Words: embedded system; CC2530； ZigBee 目 录 1 引言 .1 1.1 研究背景 .1 1.2 研究内容 .1 1

8、.3 研究现状 .2 2 基于 CC2530 的无线信道监测节点设计 .4 2.1 无线传感器网络 .4 2.1.1 发展历史 .4 2.1.2 传感器网络的特点 .5 2.1.3 安全需求 .7 2.1.4 主要用途 .8 2.2 BASIC RF 简介 .9 2.2.1 RF 工作原理 .10 2.2.1.1 启动 .10 2.2.1.2 数据发送 .10 2.2.1.3 数据接收 .10 2.2.1.4 数据桢结构 .10 2.3 无线信道监测技术 . 11 2.3.1 主要特点 . 11 2.3.2 系统配置 .12 2.3.3 远程控制 .12 2.3.4 天线插口 .12 2.3.

9、5 供电 方式 .12 2.3.6 适用于各种环境 .13 2.3.7 典型应用 .13 2.4 开发环境安装 .14 3 工程设计 .15 3.1 系统框架及流程 .15 3.1.1 系统总框图 .15 3.1.2 流程简介及图 .15 3.2 测试及分析 .17 4 结论 .24 致 谢 .25 参考文献 .26 附录 应用程序源代码 .27 浙江万里学院本科毕业论文 - 1 - 1 引言 在数据 输送 中，电压被 衰落变化 的数据 更改 , 导致 数据 输送 中遇到 毁坏 ，出现误码。噪音、中间节点干扰及其他因素都会导致误码。因为 各种各样 因素 , 数据 输送 中不能 防止错误 出现。

10、 比如 外面 妨碍输送 过程 ,或在通信系统里的元件质量不合格，导致数据 输送 中出现误码等。在 ZigBee 里 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 1.这样很浪费时间。 1.1 研究背景 节点能够对接收的信息进行相关的误码功能测试，当信号由于干扰而产生误码，只要误码率达到一定的阈值，节点的提示灯会亮。在之后的研究中 , CC2530在无线传感器网络中得到应用。 在无线信号传输中，噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，当受到的干扰或信号畸变达到 一定程度时，就会产生误码。 ZigBee

11、的 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。因此，这样比较耗费时间，在 Zigbee 传输过程中，设计一个具有误码测试功能的节点，该节点监测无线通信信道信号，当信号由于干扰而产生误码，只要误码率达到一定的阈值，节点的提示灯会亮，手动把开关给关。因此，对该课题的研究具有重要的实用意义和广泛的应用前景。 1.2 研究内容 在 Zigbee 传输过程中，设计一个具有误码测试功能的节点，该节点监测无线通信信道信号，当信号由于干扰而产生误码， 只要误码率达到一定的阈值，节点的提示灯会亮。节点设计采用 CC2530 芯片。 理解 CC2530 芯片的硬件工作原理

12、，掌握适用于 CC2530 的 BasicRF 通信协议内容，研究 BasicRF 通信流程和工作机制。在此基础上，使用 IAR Embedded 浙江万里学院本科毕业论文 - 2 - Workbench 嵌入式开发工具进行 CC2530 上 11MHz 通信信道的监测，主要包括信道能量、接收信号强度指示等参数。 1.3 研究现状 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，其内部集成了高性能射频收发器2、

13、业界标准的增强型 8051 CPU，系统内可编程闪存，温度感测功能，还有更多的功能。 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。 CC2530 组成的无线传感网络监控其自身电量应用情况，从而避免因供电故障影响到数据采集 3。支持 5种工作模式，且转换时间短，可以较好地满足超低功耗系统的要求；在接收和发送 模式下，电流损耗分别为 24 mA 和 29 mA。由于其硬件设计简单，封装小，功耗低，在无线传感器网络中得到了越来越广泛的应用 4,5,6。 Zigbee 是 IEEE 802.15.4 协议的代名词。 ZigBee

14、是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术 7。 ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于 CDMA8和 GSM9网络。 ZigBee 数传模块类似于移动网络基站。它的传输距离在 10 米一 75 米的范围内，但也可以更大。实际的传输距离依据发射功率的大小和应用模式而定。而这个传输 距离已经完全可以满足家庭和办公环境的应用需求 10。 ZigBee 是一种 最近兴起的 无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙 11之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它 根据802.15.4 标准，在数千个很多 极小 的传感器之间相互 和谐一致 实现通信。这些传感器只要

15、有一点点电，就可以把信号从一个网络节点 输送 到 别的 节点。但是影响ZigBee 数据是否可靠的因素主要有两个：一是无线通信误码率较高；二是由于多个设备共享信道时会产生冲突 12。 在传输过程中， 设计节点，在这节点上装一个误码测试仪 13。 而节点设计对 Zigbee 无线通信 信道监测 有着重要的作用。这节点 监测 无线通信 信道信号，当信号 遭到破坏 而 产生误码 ， 只要误码 率 达到多少，节点 的提示灯会亮 。这节点是由电池供电，节点能量有限。 在 Zigbee 传输过程中，设计节点会自动发回信息发送失败的提示。在这方浙江万里学院本科毕业论文 - 3 - 面有比较类似是 CAN。如

16、果 CAN 发送节点处于“正常发送”模式 ,发送数据但是没有任何节点接收那么一定会发送失败。一次发送失败不会产生错误中断，只是发送错误计数器值增加， can 控制器重发还发不出去，发送错误计数器累加达到一定的值后才会产生相应的中断。检测是否发送成功要么是通 过发送中断或者发送状态位来的，不是检测是否有错误中断，所以关掉对于发送成功与否不起任何作用。 浙江万里学院本科毕业论文 - 4 - 2 基于 CC2530 的无线信道监测节 点设计 本章首先介绍无线传感器网络；其次介绍用于 CC2530 的 TI BasicRF 通信协议；接着介绍无线信道监测技术。最后介绍开发环境建立。 2.1 无线传感器

17、网络 电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展 , 酝酿出无线传感器网络，它具有功耗低和成本低等特点。无线传感器网络定义是把数目比较大的小型传感器节点布置到监测区域内。无线 传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络遮盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。 它 的英文是 Wireless Sensor Network, 简称 WSN。 大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。 在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术的三大基础技术，即

18、传感器技术、计算机技术和通信技术。 2.1.1 发展历史 第一阶段：最早可以探寻二十世纪 70 年 代越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，这条道路是胡志明部队向南方游击队源源不断输送物资的秘密通道，美军曾经绞尽脑汁动用航空兵狂轰滥炸 ,但效果不大。后来，美军投放了 2 万多个“热带树”传感器。 所谓“热带树”的系统是由震动和声响传感器组成，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，指挥中心会接收到它发送的信息，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏

19、4.6 万辆卡车 。 第二阶段是二十世纪 80 年代至 90 年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。 因此在 1999 年，商业周刊将传感器网络列为 21 世纪最具影响的 21项技术之一 。 浙江万里学院本科毕业论文 - 5 - 第三阶段： 21 世纪开始至今。也就是本课开始了解 911 事件发生之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。 不止应用于情报部门反恐活动，在其它领域更是取得了很好的应用，所以2002 年美国国家重点实验室 橡树岭实验室提出了“网络

20、就是传感器”的判断。 因为无线传感网在国际上被认为是继互联网之后的第二大网络， 2003 年美国技术评论杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，第一就是传感器网络 。 无线传感网的研究及其应用方面，我国与发达国家几乎同步开动，它是我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。在 2006 年我国发布的国家中长期科学与技术发展规划纲要中，确定了信息技术三个前沿方向，其中与传感器网络直接相关的就有两项，这就是自组网技术和智能感知。当然，传感器网络的发展也是符合计算设备的演 化规律。 2.1.2 传感器网络的特点 2.1.2.1 大规模网络 为了取得准确信息，通常数目很多的传感器节点被布置在监测

21、区域，传感器节点个数也许有成千上万。传感器网络的大范围性有两层意思：一层意思是大面积内分布着传感器节点，如传感器网络用在电力传输和家庭监控，需要布置数目很多的传感器节点；另一层意，传感器节点布置很紧密，在一个面积有限空间内，紧密布置数目很多的传感器节点。 2.1.2.2 自组织网络 在传感器网络 使用 中，一般情况下在没有基本 构筑 的地区放置传感器节点。不能事先准确设定传感器节点的所在的 地方，如在面积广阔的原始森林中通过飞机播撒大量传感器节点，或随意在人不可到达或危险的区域放置。这样就要求传感器节点能够自己配备布置且传输监测信息。 在传感器网络应用中，电能用尽或外界环境引起局部传感器节点失

22、效，但是其它节点到网络中替代不工作的节点，节点个数这样就随事情发展变化的情况地浙江万里学院本科毕业论文 - 6 - 变少或变多。 2.1.2.3 动态性网络 可能因为下列因素而改变传感器网络的拓扑结构： 传感器节点由于环境因素或电能耗尽不能工作； 无线通信链路带宽由于外界变化导致有时候断有时候通； 传感器网络中的传感器会改换原来的位 置。 2.1.2.4 可靠的网络 在 极端地方 或人们不适合去的地方特别适合布置传感器网络，传感器节点在户外中，遭受自然破坏，还有遇到人类或动物的破坏环境下工作。传感器节点大部分布置方式是随机的，如在指定区域进行布置。传感器节点条件必须十分 牢固 ，适应 极端地方

23、 。 由于传感器节点数目巨大，员工不可能考虑全部传感器节点，维持保护网络非常艰难。传感器网络的数据精确和数据不泄漏非常重要，要防备制止监测信息被窃取和监测信息被获取伪造。 2.1.2.5 应用相关的网络 用传感器网络可以知道客观物理世界，知道物理 世界。现实中的物理量有很多种。不一样的传感器网络使用针对不一样的物理量，因此要求传感器的使用系统有多种。 传感器网络随着应用背景的不同而不同，不一样的传感器网络使用有一样问题，但在研发传感器网络使用中，更在乎传感器网络的不同。只要系统更接近应用，那么能做出最想要最好的系统。应对不同情况来研发传感器网络技术，这是传感器网络方案和传统网络不同的地方。 2.1.2.6 以数据为中心的网络 现在的互联网是先有计算机终端系统，然后再互联成为网络，终端系统可以脱离网络独立存在。在互联网中，网络中惟一的 IP 地址标 识网络设备，信息传输和资源定位依赖于路由器、终端、服务器等网络设备的 IP 地址。如果想访问