行走过程中的加速度测试节点设计课程设计的报告.docx

编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学物联网工程课程设计（报告）设计题目：行走过程中的加速度测试节点设计学 院 名 称 ：自动化学院学 生 姓 名 ：××专 业 ：物联网工程班 级 ：××学 号 ：××指 导 教 师 ：××填表时间： 2015 年 11 月重庆邮电大学教务处制一、题目：行走过程中的加速度测试节点设计二、设计任务：运用所学传感器技术、计算机网络和物联网工程等方面的知识，设计基于三轴加速度传感器的测试节点，获取行走过程中的手臂或小腿加速度，完成数字量输入或模拟量输入的硬件设计和低功耗无线通信协议软件设计等工作。具体任务如下：三、设计要求：1．画出加速度测试节点的结构图。2．选择低功耗无线通信芯片和三轴加速度传感器，设计硬件电路。3．开发完成ZigBee协议，完成与上位机的通信。4．画出程序流程图并编写调试代码。四、参考资料：1. 李朝青．《单片机原理及接口技术》(简明修订版)．北京航空航天大学出版社，1998年.2. 胡向东.《传感技术》.重庆大学出版社，2006年第1版.3. 谭浩强.《C语言程序设计》.北京：清华大学出版社，2002年.4. 谢希仁.《计算机网络》.北京：电子工业出版社，2003年.摘要根据要求，基于ZigBee协议使用单片机和三轴加速度传感器的测试节点，并且能够通过低功耗通信协议将采集到的数据发送出去并接收。器材上，我们选择使用了AT89C51作为主控芯片，两块CC2530用来传输数据组网，加速度传感器则选择了ADXL345三轴加速度传感器模块，通信协议使用ZigBee协议，传感器数据通信协议采用IIC协议。将ADXL345三轴加速度传感器模块连接到一块CC2530上，作为加速度测试节点与ZigBee终端节点，另一块CC2530与AT89C51连接，则作为接收加速度数据的协调器节点，并通过串口通信与上位机通信。关键词：ZigBee，加速度，IIC目录摘要1一、设计分析31. 1 ZigBee整体概述31.2 IEEE 802.15.4标准概述41.3 ZigBee协议体系结构41.4 AT89C51简述51.5 CC2530概述51.6 ADXL345概述6二、解决方案82.1具体过程8三、串口总线对比123.1 CAN总线123.2 UART总线133.3 SPI总线143.4 IIC总线163.5综合对比17四、设计总结20附录代码21一、设计分析此系统，采集模块采集了数据，通过IIC通信协议传输到其中一块cc2530开发板，然后通过ZigBee协议发送到另一块cc2530开发板子来完成。最后通过串口传输到上位机显示数据。系统分析图如图1.1所示。图1.1系统分析图1. 1 ZigBee整体概述物联网的定义是：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由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，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信术。协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。使用最广泛的是英特网协议栈，由上到下的协议分别是：应用层（HTTP，TELNET，DNS，EMAIL等），运输层（TCP，UDP），网络层（IP），链路层（WI-FI，以太网，令牌环，FDDI等），物理层。1.2 IEEE 802.15.4标准概述IEEE 802.15.4网络是指在一个POS内使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合，又名LR-WPAN网络。在这个网络中，根据设备所具有的通信能力，可以分为全功能设备（Full Function Device , FFD）和精简功能设备（Reduced Function Device , RFD）。该标准定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。这种低速率无线个人局域网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、极低的成本、合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。1.3 ZigBee协议体系结构ZigBee协议栈建立在IEEE 802．15 4的PHY层和MAC子层规范之上。它实现了网络层(netwo