趙培鈞 張文豪 張新宇

摘 要：傳統(tǒng)距離檢測的方法在某些特殊場合有一定的缺陷，這些缺陷是很難攻克的。例如，頁面測量。測量是一種距離測量。傳統(tǒng)的電極方法使用不同分布的電極，通過施加電流或脈沖來檢測。電極長時間浸沒在水或其他液體中，容易腐蝕、電解和丟失。而超聲波測量化解這些問題非常簡單。多年來，對于超聲波技術(shù)的探索和研究不斷深入，憑借超聲波精度高、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用越來越普及。已廣泛應(yīng)用于機械制造、電子冶金、導(dǎo)航、航空航天、石化、交通運輸?shù)裙I(yè)領(lǐng)域。在一些特定情況下，超聲波測距擁有其他測距無法超越的優(yōu)勢，因為這種方法使用的計算之間的超聲波傳輸測量對象和超聲波探頭來測量距離，所以它是一種非接觸式測量可用于一些特殊場合或在嚴(yán)酷的環(huán)境下。

關(guān)鍵詞：Zigbee，超聲波模塊

一、系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

本設(shè)計是基于cc2530單片機超聲波傳感器的報警系統(tǒng)。超聲波傳感器的工作原理是利用超聲波發(fā)射， 通過被測物體的反射、回波接收后的時差來測量被測距離的，當(dāng)終端節(jié)點接收到傳感器測量的距離，通過雙機通信把所測量的距離傳到協(xié)調(diào)器，通過協(xié)調(diào)器根據(jù)不同的測距距離來驅(qū)動蜂鳴器響與不響的情況，來實現(xiàn)簡單的基于超聲波傳感器測距的警報系統(tǒng)。

（二）總體設(shè)計

防盜報警系統(tǒng)一個應(yīng)用，兩個節(jié)點（含一個網(wǎng)關(guān)、一個普通節(jié)點）組成星型拓?fù)?，用到兩個節(jié)點：超聲波節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點。超聲波節(jié)點采集距離信息后傳給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)顯屏上顯示出采集信息。如果物體進(jìn)入20cm測距范圍內(nèi)，蜂鳴器會報警。

（三）系統(tǒng)總流程

終端節(jié)點：按動按鍵，觸發(fā)終端節(jié)點的發(fā)送事件，發(fā)送事件調(diào)用超聲波函測定距離函數(shù)，將數(shù)據(jù)反饋并且傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器。

協(xié)調(diào)器：接收數(shù)據(jù)觸接受事件，顯示器顯示數(shù)據(jù)并且判斷數(shù)據(jù)是否大于20，若大于20，不觸發(fā)蜂鳴器，若小于20，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出警報

（四）數(shù)據(jù)流程

數(shù)據(jù)發(fā)送流程：Generic_ProcessEvent→Generic_HandleKeys事件→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage→AF_DataRequest→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage（循環(huán)）

數(shù)據(jù)接收流程：GenericApp_ProcessEvent→osal_msg_receive→AF_INCOMING_MSG_CMD事件→GenericApp_MessaGeMSGCB_→if（pkt→cmd.Data[1]<’2’）→蜂鳴器模塊→事件完成

二、ZigBee介紹

（一）ZigBee物理信道

信道技術(shù)在物理層中扮演者重要的角色。一般來說，信道技術(shù)包括隨機信息訪問技術(shù)和時分復(fù)用技術(shù)。ZigBee技術(shù)暫時沒有用到時分復(fù)用技術(shù)。因此，隨機信道技術(shù)是目前ZigBee需要考慮的最優(yōu)先技術(shù)之一。隨機接入技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸之前，節(jié)點首先監(jiān)視信道，如果有合適的時間傳輸數(shù)據(jù)。不合適的情況下，可以隨機退出。信道通過兩種模式接入信標(biāo)。ZigBee主要采用非信標(biāo)模式。這主要是因為該模式更加靈活，并且不需要定期發(fā)射信標(biāo)幀。所有節(jié)點都是為了訪問信道而競爭的方法。

（二） ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c設(shè)備類型

ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞譃槿N。星型，網(wǎng)絡(luò)，樹。ZigBee技術(shù)設(shè)備按照節(jié)點劃分，也可以分為三種類型的節(jié)點。分別是路由器節(jié)點，終端節(jié)點，協(xié)調(diào)節(jié)點。三種類型的節(jié)點側(cè)重不同，各自都有自己的焦點，為了完成各種網(wǎng)絡(luò)行動，可以進(jìn)行組合。

（三） ZigBee協(xié)議棧概述

ZigBee協(xié)議棧建立的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，定義了協(xié)議的PHY和MAC層。ZigBee 協(xié)議棧體系中包含了許多層的元件，如堆棧層以及PHY、MAC層的元件。

（四）CC2530簡介

市場上許多芯片制造商如捷力、美國微芯科技都提高工作在2.4GHZ的Zigbee芯片，但是分析上述公司的芯片發(fā)現(xiàn)，只有TI公司的CC2430/CC2530采用標(biāo)準(zhǔn)的8051 處理器，使用起來比較方便。CC253是TI 09年推出的在CC2430的基礎(chǔ)上根據(jù)CC2430實際應(yīng)用的一些問題做了一些改進(jìn)，CC2530支持最新的2007/PRO協(xié)議棧。故本系統(tǒng)采用CC2530芯片作為核心部件。

CC2530的微控制器內(nèi)核為增強型的8051，因此對于有51單片機基礎(chǔ)的開發(fā)者來很容易掌握CC2530。除了8051 單片機內(nèi)核外它還結(jié)合了具有靈敏度和抗干擾性的先進(jìn)RF收發(fā)器。CC2530 提供了32KB、64KB、128KB、256KB四種不同版本內(nèi)存的Flash存儲器。

三、超聲波傳感器介紹

（一）超聲波模塊簡介

超聲波傳感器模塊使用接收反射波的方式來進(jìn)行距離的測量，傳感器有一個發(fā)射波的模塊和一個接收波的模塊組成。

超聲波傳感器由于是采用發(fā)射接收方式，所以在時間計算上有一個盲區(qū)，即MCU的最小反應(yīng)時間，我們的模塊的盲區(qū)在6cm。

（二）超聲波模塊主要技術(shù)參數(shù)

1：使用電壓：DC5V

2：靜態(tài)電流：小于2mA

3：電平輸出：高5V

4：電平輸出：底0V

5：感應(yīng)角度：不大于15度

6：探測距離：6cm-80cm

（三）超聲波模塊工作原理

（1）觸發(fā)距離測試的方式為IO，最少需要給10us的高電平信號;

（2）超聲波會發(fā)送40khz的方波8個，并且檢測返回的信號;

（3）檢測到返回信號時，IO口輸出一高電平，超聲波歷經(jīng)的時間就是接收到電平所使用的過程時間.測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2。

結(jié)語：

經(jīng)過學(xué)習(xí)zigbee的相關(guān)知識以及所完成的超聲波警報預(yù)警系統(tǒng)，我們完成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的課程的學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)這門課程，我們學(xué)會了利用IRA軟件來建立工程，編寫，調(diào)試，下載程序。并通過CC2530單片機來調(diào)試分析程序功能。初期我們學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)理論，后期主要學(xué)習(xí)了部分代碼以及如何將其拓展形成功能更加完善的程序。

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臨沂大學(xué)， 山東 臨沂 276000