zigbee通信模块的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

zigbee通信模块的设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

究工作。 他们成功创建了瓶盖大小的全能传感器，可以执行基数按，检测与通信等功能。 20xx 年，英特尔 研究 实验室人员将处方药瓶大小的 32 个传感器连进互联网，以读出缅因州 ―大鸭岛 ‖上的气候，评价一种海燕巢的条件。 而 20xx 年第二季度，他们换用 150 个安有D 型微型电池的第二代传感器来评估这些鸟巢的条件。 他们的目的是让全世界各国研究员实现无人侵入式及无破坏的，对敏感野生物及其栖息地的监测。 目前，已有公司开发出了用于家庭福利的无线传感器网络系统，根据演示，该系统通过在鞋，家具，以及家用电器中嵌入半导体传感器，帮助老人，阿尔茨海默病患者以及残障人士的家庭生活，该系统利用无线通信将各传感器联网。 在日本，日立制作所与 Yrp 泛在网络化研究所于 20xx 年 11 月 24 日宣布开发出全球体积最小的无线传感网络终端，该终端为安装电池的有源无线终端，可以搭建温度，亮度，红外线，加速度等各种传感器。 设想应用与大楼与家庭的无线传感网络以及安全管理方面。 在旧金山， 200 个联网 ―微尘 ‖，已被部署在金门大桥上，这些微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离（在强风中可以精确几 ft， 1ft=）。 当微尘检测出移动距离时，它将把信息通过微型计算机网络传递出去。 信息最后到达一台强大的计算机进行数据分析。 任何 当前天气情况不吻合的异常读数 都可能预示着大桥存在隐患。 zigbee 无线网络的研究前景 微电子技术，计算机技术和无线通信技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微笑体积内能够集成信息采集，数据处理， 和无线通信等多种功能。 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信等多种方式组成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作和感知，采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。 传感器，感知对象和观察者构成了传感网络的三个要素。 如果说 Inter 构成了逻辑上的信息世界，改 变了人江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 3 与人之间的沟通方式，那么，无线传感网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。 人们可以通过传感器网络世界直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。 未来移动通信 网络 除了以低成本实现数据的传输外，还要求在无专用通信基础设施的场景下，网络具有适应性和生存能力，因此无线传感器网络和自组织网络将因器灵活性而在未来移动通信网络中起重要作用。 无线传感器网络是由分布在给定局部区域内足够多的无线传感器节点构成的一种新型信息获取系统。 并且具有一定的 计算能力。 各节点之间通过专用的网络协议实现信息的交流，汇集和处理，从而实现给定局部区域内目标的探测， 识别，定位和跟踪，随着通信技术，嵌入式计算技术和传感器技术的飞速 发展和日益成熟，具有感知能力，计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现，由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注。 无线自组织网络是一种没有预定技术设施支撑的自组织可重构的多级无线网络。 在该网络中，网络拓扑，信道的环境，业务的模式随节点的移动而动态改变。 无线自组织网络可以快速地为名用和军事应用建立通信平台。 江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 4 第二章 zigbee 协议栈 认识 zigbee 协议栈 Zigbee 协议栈由一组子 层 构成。 每层为其上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务；一个管理实体提供全部其他服务。 每个服务实体通过一个服务接入点（ SAP）为其上层提供服务接口，并且每个 SAP 提供一系列电额基本服务指令来完成相应的功能。 Zigbee 协议栈 的体系结构包括 zigbee 应用层， 层和 PHY 层。 它虽然是基于标准的 7 层开放式系统互联 （ OSI） 模型，但仅对那些涉及 zigbee 层予以定义。 20xx 标准定义了最下面的两层：物理层（ PHY）和戒指介入控制子层。 Zigbee 联盟提供了网络层和应用层（ APL）框架的设计。 其中应用层的框架包括了应用支持子层（ APS）， zigbee 设备对象（ ZDO）和由制造商制定的应用对象。 相对于常见的无线通信标准， zigbee 协议套件紧凑而简单，具体实现要求很低，zigbee 协议套件的最低需求估计：硬件需要 8 为处理器，如 80C51；软件需要 32kb的 rom，最小软件需要 4kb 的 rom，如 CC2530 芯片是具有 8051 内核的，内存为32128kb 的 zigbee 无线单片机；网络主节点需要更多 sdram，以容纳网络中所有节点的设备信息，数据包转发表，设备关联表，与安全有关的密钥存储等。 Zigbee 联盟希望建立一种可连接每个电子设备的无线网。 它 预言 zigbee 将很快成为全球高端的无线技术，到 20xx 年 zigbee 节点可达到 30 亿个。 具有几十亿个节点的网络将很快耗尽已不足的 IPV4 的地址空间，因此 IPV6 与 结合 是传感器网络的发展趋势。 IPV6 采用 128 位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。 江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 5 使用 IAR for c8051 在工程中打开 zigbee 协议栈，可以看到如图 的整个协议栈的框架。 App ：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈中一般是以操作系统的任务实现的。 HAL：硬件抽象层，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。 MAC:MAC 层目录，包含了 mac 层的参数 配置文件及其 mac 的 LIB 库的函数接口文件。 MT:实现通过串口可控制各层，并与各层进行直接交付。 NWK:网络层目录，包含网络层配置参数文件和网络层库的函数 接口文件及 aps层库的函数接口。 OSAL:协议栈的操作系统。 PROFILE:AF 层的目录，包含 af 层处理函数文件。 Security：安全层目录，包含安全层处理函数，比如加密函数等。 Tools：工程配置目录，包含空间划分，及 zstack 相关配置及信息。 Zdo： zdo 目录。 Zmac： mac 目录，包括 mac 层参数配置及 mac 层 lib 库函数回调处理函数。 Zmain：主函数目录，包含入口函数及硬件配置文件。 Output：输出文件目录，这是 IAR ew8051 IDE 自动生成的。 综上 所示，真个协议栈中对于 zigbee 功能已经全部体现，在此基础上建立一个项目的方法主要是改动应用层。 设备类型 在 ZigBee 网络中存在三种逻辑设备类型： Coordinator(协调器 )， Router(路由器 )和 EndDevice(终端设备 )。 ZigBee 网络由一个 Coordinator 以及多个 Router江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 6 和多个 End_Device 组成，如图 ， zigbee 网络拓扑结构。 图 zigbee 协议栈 图 zigbee 网络拓扑结构 协调器 协调器负责启动整个网 络。 它也是网络的第一个设备。 协调器选择一个信道和一江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 7 个网络 ID(也称之为 PAN ID，即 Personal Area Network ID)，随后启动整个网络。 协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定 (bindings)。 注意，协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。 一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器 (或者消失 )。 由于 ZigBee 网络本身的分布特性，因此接下来整个网络的操作就不在依赖协调器是否存在。 路由器 路由器的功能主要是：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的由电池供电的儿子终端设备的通讯。 通常，路由器希望是一直处于活动状态，因此它必须使用主电源供电。 但是当使用树群这种网络模式时，允许路由间隔一定的周期操作一次，这样就可以使用电池给其供电 [1]。 终端设备 终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此 可以可以是一个电池供电设备。 通常，终端设备对存储空间 (特别是 RAM 的需要 )比较小。 注意： 在 ZStack 中一个设备的类型通常在编译的时候通过编译选项(ZDO_COORDINATOR 和 RTR_NWK)确定。 所有的应用例子都提 供独立的项目文件来编译每一种设备类型。 栈配置 栈参数的集合需要被配置为一定的值，连同这些值在一起被称之为栈配置。 ZigBee 联盟定义了这些由栈配置组成的栈参数。 网络中的所有设备必须遵循同样的栈配置。 为了促进互用性这个目标， ZigBee 联盟为 ZigBee20xx 规范定义了栈配置。 所有遵循此栈配置的设备可以在其他开发商开发的遵循同样栈配置的网络中。 寻址 江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 8 地址类型 ZigBee 设备有两种类型的地址。 一种是 64 位 IEEE 地址，即 MAC 地址，另一种是 16 位网络地址。 64 位 地址使全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一直拥有它。 它通常由制造商或者被安装时设置。 这些地址由 IEEE 来维护和分配。 16 为网络地址是当设备加入网络后分配的。 它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据。 网络地址分配 ZigBee 使用分布式寻址方案来分配网络地址。 这个方案保证在整个网络中所有分配的地址是唯一的。 这一点是必须的，因为这样才能保证一个特定的数据包能够发给它指定的设备，而不出现混乱。 同时，这个寻址算法本身的分布特性保证设备只能与他的父辈设备通讯来接受一个网络地址。 不需要整个 网络范围内通讯的地址分配，这有助于网络的可测量性。 在每个路由加入网络之前，寻址方案需要知道和配置一些参数。 这些参数是MAX_DEPTH， MAX_ROUTERS 和 MAX_CHILDREN。 这些参数是栈配置的一部分， ZigBee20xx 协议栈已经规定了这些参数的值： MAX_DEPTH = 5，MAX_ROUTERS = 6 和 MAX_CHILDREN = 20。 MAX_DEPTH 决定了网络的最大深度。 协调器 (Coordinator)位于深度 0，它的儿子位于深度 1，他的儿子的的儿子位于深度 2，以此类推。 MAX_DEPTH 参数限制了网络在物理上的长度。 MAX_CHILDREN决定了一个路由 (Router)或者一个协调器节点可以处理的儿子节点的最大个数。 MAX_ROUTER 决定了一个路由 (Router)或者一个协调器 (Coordinator)节点可以处理的具有路由功能的儿子节点的最大个数。 这个参数是 MAX_CHILDREN的一个子集，终端节点使用 (MAX_CHILDREN – MAX_ROUTER)剩下的地址空江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 9 间。 如果开发人员想改变这些值，则需要完成以下几个步骤： 首先，你要保证这些参数新的 赋值要合法。 即，整个地址空间不能超过 216，这就限制了参数能够设置的最大值。 可以使用 projects\ZStack\tools 文件夹下的 文件来确认这些值是否合法。 当在表格中输入了这些数据后，如果你的数据不合法的话就会出现错误信息。 当选择了合法的数据后，开发人员还要保证不再使用标准的栈配置，取而代之的是网络自定义栈配置 (例如：在 文件中将 STACK_PROFILE_ID 改为 NETWORK_SPECIFIC。 然后 文件中 的 MAX_DEPTH 参数将被设置为合适的值。 此外，还必须设置 文件中的 Cskipchldrn 数组和 CskipRtrs数组。 这些数组的值由 MAX_CHILDREN 和 MAX_ROUTER 构成 [1]。 ZStack 寻址 为了向一个在 ZigBee 网络中的设备发送数据，应用程序通常使用AF_DataRequest()函数。 数据包将要发送给一个 afAddrType_t(在 中定义 )类型的目标设备。 typedef struct { union { uint16 shortAddr。 } addr。 afAddrMode_t addrMode。 byte endPoint。 江苏科技大学 本科毕业设计（论文） 10 } afAddrType_t。 注意，除了网路地址之外，还要指定地址模式参数。 目的地址模式可以设置为以下几个值： typedef enum { afAddrNotPresent = AddrNotPresent, afAddr16Bit = Addr16Bit, afAddrGroup = AddrGroup, afAddrBroadcast = AddrBroadcast } afAddrMode_t。 因为在 Zigbee 中，数据包可以单点传送 (unicast)，多点传送 (multicast)或者广播传送，所以必须有地址模式参数。 一个单点传送数据包只发送给一个设备，多点传送数据包则要传送给一组设备，而广播数据包则要发送给整个网络的所有节点。 这个。