基于zigbee的红外检测设计Word文件下载.docx
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毕业届别
2016
专业
毕业论文（设计）题目
指导教师
学历
博士职称
讲师
所学专业光学工程
主要内容:
本文介绍了利用zigbee技术和人体红外探头检测人体构成的无线系统的软件和硬
件的方案设计。
基本要求:
着重培养解决实际问题的能力以及初步的科学研究能力，同时对于书面表达
能力以及数据组织能力也有较好的培养；
还有认真努力，独立思考，刻苦钻研；
查找各
类文献，阅读外文文献的能力；
独立撰写论文，思辨和表达能力。
进度安排：
5-6周：
查找、阅读，翻译文献。
6-7周：
素材加工，系统分析。
7-8周：
撰写论文大纲。
8-10周：
撰写论文。
10-12周：
论文修改完善。
13-14周：
定稿，打印论文，准备答辩。
指导教师（签字）：
年
月
日
院（系）意见：
教学院长（主任）（签字）：
备注：
烟台大学毕业论文（设计）
[摘要]本文简单介绍了基于ZigBee技术的应用。
无线传感网络节点基于51单片机和
热释电红外传感器组成的。
它利用HR-SR501系列的热释电红外传感器来检测是否有人经
过，进而实现对灯光、防侵入等职能的控制。
该方案有着高准确率、低功耗、高扩展性
等特点。
本文描述了该系统的基本组成以及工作原理，并对该系统的软硬件做了相关介
绍。
其中，详细的论述了系统软件设计思想，多种中断服务等相关内容。
[关键字]：
红外传感器；
监控节点；
无线网络；
[Abstract]:
ThisthesisintroducesaapplicationbasedonZigBeetechnology.
Wirelesssensornetworknodebasedon51microcontrollerandpyroelectricinfrared
sensor.Itcanbeused,suchastheuseofseriesofhumanHR-SR501infraredsensors
toachieveon-sitethereis/nodetection,andthentoachievelighting,
anti-invasive,suchascontrolfunctions.Andtheprogramhasabetterscalability
andlowerFalseAlarmRate.Thisthesisdiscussesthebasiccomponentsofthe
systemandworkingprincipleandcircuitofthesystemhardwareandsoftwaredesign
thatwererelated.Wediscussedindetailthesystemsoftwaredesign,coordination
ofmultipleinterruptserviceandotherrelatedcontent.
[Keywords]:
Monitoringnode;
WirelessNetwork;
Infraredsensor
绪论......................................................................................................................................................................2
1系统总体方案................................................................................................................................................3
1.1系统要求实现的功能.........................................................................................................................3
1.2系统总体规划.....................................................................................................................................3
1.2.1硬件规划..................................................................................................................................3
1.2.2软件设计思路..........................................................................................................................3
1.2.3软件规划..................................................................................................................................3
2
ZigBee协议和CC2530模块........................................................................................................................5
2.1
2.2
ZigBee简介........................................................................................................................................5
RFCC2530芯片的特点与功能.........................................................................................................5
2.2.1
2.2.2
CC2530芯片的主要特点........................................................................................................5
CC2530芯片的引脚功能........................................................................................................6
3
HR-SR501人体感应模块.............................................................................................................................7
4系统硬件设计................................................................................................................................................8
5系统软件设计..............................................................................................................................................10
5.1系统软件方案.....................................................................................................................................10
5.1.1系统软件功能..........................................................................................................................10
5.1.2系统软件设计方案..................................................................................................................10
5.1.3通信协议...................................................................................................................................11
5.2主函数设计及流程图..........................................................................................................................11
5.2.1全局变量...................................................................................................................................11
5.2.2主函数流程图..........................................................................................................................12
5.2.3函数设计................................................................................................................................14
5.3中断服务程序设计..............................................................................................................................22
5.3.1外部中断1中断服务函数......................................................................................................22
5.3.2外部中断0中断服务函数......................................................................................................23
5.3.3串行口中断服务函数..............................................................................................................23
6软件调试........................................................................................................................................................25
6.1系统调试软件KeiluVision4............................................................................................................25
6.2程序调试的主要方法.......................................................................................................................25
结论....................................................................................................................................................................26
致谢....................................................................................................................................................................27
参考文献............................................................................................................................................................28
1
绪论
随着人们生活水平的提高和科技的发展，人们对生活中的安全防护也随之提升。
基
于各种技术的安全检测也开始应用到生活和商业防盗中来。
已有的安全检测系统由于通
常采用有线网络连接，所以有着诸多不便：
需要走线、不方便扩展、线容易受到磨损。
采用无线方式传输检测信号则可以避免这些问题。
采用无线方式，可以方便移动和扩
展。
因此比较适用于楼房居住的家庭的防盗的监控方面。
ZigBee是优缺点鲜明的无线通信技术，具有功耗低和有效距离近、成本低、较为简
单和较低的数据传送速度等特点。
这些特点相对于其他通信技术来说，zigbee适用于要
[1]
求传送速率不高但可靠性要求高的系统上。
基于以上zigbee的特点，本文提出了一种利用ZigBee协议来发送用于红外安全检测
数据的系统方案。
可以达到对特定场合做是否有人的检测，达到长时间可靠工作、低成
本低复杂度、隐蔽性强的要求。
红外线指向性强，其传播距离远，因此利用其特性可以对温度的变化作出检测。
利
用人体红外检测器对体温范围内的温度敏感的特点，可以有效的感应到特定场合内的人
员变动。
因此，本方案将由51单片机，HR-SR501红外检测构成，CC2530芯片遵循
ZgiBee协议与上位机相连，构成物联网。
系统结构框图，如图1示：
[2]
图1系统结构框图
本系统中，红外检测器的灵敏度很重要。
1系统总体方案
1.1系统要求实现的功能
此节点应能实现以下基本功能：
1）人体红外检测功能，当检测到人时即发出铃声。
2）可以远程控制，上位机用串口向节点发送数据，并被单片机解析进而控制。
3）无线发送功能，在单片机执行动作以后可以向上位机发送数据。
4）执行报警等命令。
1.2系统总体规划
1.2.1硬件规划
分析需求。
根据功能1，用人体红外传感器作为监测工具，并输出。
根据功能2和3，
Zigbee模块用来传输数据，AT89C51为核心。
根据功能4，用电铃作为警报装置。
1.2.2软件设计思路
软件大体思路:
启动系统，上位机或者启动按键发出启动信号后，系统开始工作，并
向传感器发出工作信号。
当人体检测传感器检测到人体时，发出警报信号，随之电铃开
始报警，并且上位机接受到报警信号，此时上位机可以发出信号控制下位机。
根据以上思路，单片机的INT1接红外传感器的输出信号端,四个按键共同介入INT0达
到按键中断，ZigBee模块与单片机的串口链接，IO口向电铃输出信号。
1.2.3软件规划
main函数判断串口是否接受完成，然后执行功能。
否则继续接受。
1）外部中断1函数用于响应红外传感器并发响铃。
2）串口中断函数分析协议，将串口接收完成标志位置1。
3）系统相关功能：
开始、关闭、报警、复位等。
开始、关闭、复位、报警功能的说明：
1）开始被执行后，其他功能才能被执行，否则不能。
2）复位可以将节点重置。
3）报警是由传感器在检测到人时发出信号后，使电铃响。
4）关闭功能是指除了开启功能之外，其他功能不能被执行。
4
2ZigBee协议和CC2530模块
2.1ZigBee简介
本系统的信息传输主要基于Zigbee协议而实现的，下文将对Zigbee协议做一下简单
的描述。
ZigBee是一种无线通讯技术，其主要特点是价格较低、能耗低、硬件集成度高，有
效通信距离低等特点，所以被测量控制和传感网所应用。
ZigBee具体特点如下：
1）低成本：
因为ZigBee协议是开源的，当使用其设计产品时，可以降低其成本。
2）低功耗：
由于ZigBee的传输信息的速度较慢，无线功率为毫瓦级，在不工作时会
进入休眠，进而降低功耗。
因此采用ZigBee协议的设备可以达到高的待机时间。
据估
[3]
算，在低功耗待机模式下，更换一次电池使用Zigbee技术的设备延长两年的工作时间，
同在2.4Ghz下的其他无线协议所达不到的。
3）时延短：
在通信过程中的时延与从休眠模式中唤醒所需要的时间都是非常短的，
在一般低干扰的情况下，时延大约在30个毫秒以下，因此可以被对时延要求高的系统所
采用。
4）可容纳设备多：
255个节点可以组网，并且其中一个主节点可以与其他主节点继
续组网，并将其容量扩充为65530个。
5）可靠性高：
为了避开发送数据的竞争和冲突，在通信时预留时隙。
确保传输过程
中如果出现问题可以进行重发。
6）安全：
ZigBee对数据做了循环冗余校验。
2.2RFCC2530芯片的特点与功能
2.2.1CC2530芯片的主要特点
CC2530集成了单片机与射频电路的片上系统解决方案。
CC2530既能满足高性能的需
求，也可以在2.4GHz频段的基础上利用ZigBee来降低成本、降低功耗。
在其内部，集成
了传统高效的51芯片和2.4GHz收发器。
CC2530整合了CC2420没有整合的了2.4GHz射频电路。
它使用1个8位MCU（8051），最
大可达到128KB的FlashROM和8KB的RAM，有着复位电路、定时器、针对休眠模式而采用
的32khz的晶振和定时器、专门用于加密的处理器、看门狗、输入输出引脚。
CC2530芯片因采用零点几微米级别的硅片，可把工作电流降为27mA以下。
CC2530由
5
于其特有的休眠模式和从休眠模式唤醒的超短延时，可以很好的应对长时间无人更换电
源的情况。
CC2530芯片的主要特点如下：
1）相对较高的处理速度。
2）集成2.4GHz的RF无线电收发机。
3）较好的灵敏度和抗干扰。
4）硬件支持CSMA/CA功能。
5）较宽的电压范围（2.0～3.6V）。
6）数字化的RSSI/LQI支持。
7）具有电池监测功能。
8）温度感测功能。
9）集成了14位ADC。
10）集成AES安全协处理器。
11）2个USART，以及1个基于IEEE802.15.4标准的MAC计时器，1个16位计时器和2个8
位计时器。
[4]
12）休眠时仅有0.9μ安的电流。
2.2.2CC2530芯片的引脚功能
CC2530芯片采用7mm×
7mmQLP封装,共有48个引脚，引脚共有输入输出、电源、控制
三大类。
CC2530有21个输入输出引脚。
P0、P1都是8位口，P2为5位口。
通过程序修改SFR的
位，可以更改这些引脚的作用。
I/O口或作为连接ADC、timer或USART的外围设备I/O口。
I/O口其他的特性：
在输入时有上下拉的能力。
3）相应外部中断不仅仅有外部中断引脚，输入输出引脚也可以。
同时外部的中断事
件也可唤醒休眠模式。
各引脚驱动能力如下：
（P1_2～P1_7）：
具有4mA输出驱动能力。
（P1_0,P1_1）：
具有20mA的驱动能力。
（P0_0～P0_7）：
（P2_4,P2_3,P2_2,P2_1,P2_0）：
6
3HR-SR501人体感应模块
本系统主要功能实现以及报警信号的产生都与HC-SR501传感器有关，因此下文会对
其特性做出介绍。
HC-SR501工作方式是被动式感应红外。
有着检测灵敏、可长时间工作、低功耗等特
点，因此被广泛应用于安全检测领域。
在其监测范围到感应到人出现后，模块输出高电
平，人走后则继续输出高电平，延迟一段时间输出低。
它具有以下特性：
1）光敏检测，对光进行检测，可设置为有光线时不工作。
2）温度补偿：
假设气温升高，感应模块会差生偏差。
传感器会随着气温变化做出一
定的温度补偿。
3）两种触发方式：
a.不可重复触发方式:
传感器在人出现时输出高低平，持
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