毕业论文-基于zigbee的温度监控系统

毕业论文-基于zigbee的温度监控系统内容摘要：

抗干扰性能明显高于蓝牙和 WLAN 技术。 ZigBee 可靠链接 ZigBee 技术 RF 物理层上的设计保证了较强的抗干扰能力和通信可靠性； ZigBee 技术在通信协议上的可靠设计，保证了较强的抗干扰能力和通信可靠性。 ZIGBEE 和蓝牙性能比较 表 11 ZIGBEE 和蓝牙性能比较 ZIGBEE 蓝牙 设备功耗 低功耗，远远蓝牙功耗 比较高 网络节点 65535 个 7 个 传输距离 12020m+ 110m 设备成本 低成本，高可靠 成 本高 应用范围 采集、控制数据传输 语音、图象传输 ZIGBEE 和 FSK 电台性能比较 表 12 ZIGBEE 和 FSK 电台性能比较 ZIGBEE FSK 电台 无线频段 免费频段 国家非开放频段 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 调制方式 DSSS 扩频通信 FSK 频移键控方式 抗干扰能力 很好 不如 ZIGBEE 频点串扰 频点间距大，无串扰 不同频段间可能串扰 符合标准 ZIGBEE、 .4 国际标准 无统一标准 组网性能 星型、树型、 MESH 网状网 星型、树型，一般无路由能力 ZIGBEE 与 WLAN 共存 ZIGBEE 和 WLAN 共同工作在 的频段，利用 ZIGBEE 的 1 25 和 26 信道，可有效避免与 802 .11b 的信 11 信道的相互干扰 此外，符合下列条件之一的无线通信应用都可以考虑采用 ZigBee 技术：设备间距较小；不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新；设备体积很小，不容许放置较大的充电电池和电源模块；只能使用一次性电池，或无法频繁更换电池或反复充电；需要覆盖的范围较大，网络内需要容纳的设备较多，网络主要用于监测或控制。 ZigBee 是一项新兴的短距离无 线通信技术，在协议制定时就专门针对大网络扩充性和省电所设计 [19]，同时，它已经被业界认同为传感器网络的基本通信组件，保证了 ZigBee 独立的生存空间。 由图 11 可知，主要的无线技术主要集中在 1Mbps 以上的速率，新的标准还在追求更高的速率，而 ZigBee 技术恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺，与其他标准在应用上几乎无交叉。 在实际应用环境中，低速率、低成本的无线通信在自动控制、无线传感器网络、家居自动化、门禁系统等诸多领域更贴近日常生活，具有广泛的市场，因此在该设计中我们选用了 ZigBee 技术。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 1 0 1 0 0 a * 1 0 0 a * 1 0 0 0Z i g B e e ( 8 0 2 . 1 5 . 4 )蓝 牙 （ 8 0 2 . 1 5 . 1 ）W i F i （ 8 0 2 . 1 1 a 、 8 0 2 . 1 1 b 、 8 0 2 . 1 1 g ）W i M a x （ 8 0 2 . 1 6 ）无 线 U S BU W B ( 8 0 2 5 . 1 5 . 3 a )1 1 0 ~ 1 0 0 04 8 07 01 ~ 5 40 . 0 2 ~ 0 . 0 5速 率 / M b p s 图 11 几种无线通信技术的速率和距离比较 的发展前景 及应用 zigbee 的发展前景 从 2020 年起开始崭露头角的 ZigBee 低功耗无线传输技术，在当时曾经引起市场上的广泛注意。 然而，几年过去，此一市场并未如当初所预期的快速成长。 尽管受限于标准制订、价格、技术未臻成熟的多项因素影响，ZigBee 技术本身的独特性与应用领域，仍是有可让人期待的前景。 在台湾地区，虽然缺乏知名大厂的带头投入，但是近来仍是有不少业者在默默耕耘 ，开发各种的 ZigBee 应用，希望能等待时机，为此一尚未起飞的市场做好准备。 ZigBee 是一种低功耗无线传输技术，其特色是网络扩充性极强，可透过连结形成庞大的智能网络。 从 2020 年被正式纳入 IEEE 标准规范后， 2020 年起便有 Freescale、 TI、 ST、 NEC、 Ember、 Jennic、 Oki、Renesas 等厂商推出相关芯片产品，而国内也有达盛电子 (UBEC)投入ZigBee 的芯片开发。 ZigBee 最吸 引人 的特 性， 就在 于低 功耗 、低 成本 与网 状网 络洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 (Mesh Network)的拓朴架构，一台主机可同时对应到 6 万 4 千多个终端设备。 由于 ZigBee 的市场定位明确，主要锁定包括大楼自动化、工业、医疗及家庭自动化等领域，能够利用这样的无线感测网络 (WSN)来进行温度、湿度、灯光等环境侦测，进而拓展在日常生活中的多种应用方式。 也因此，在 ZigBee 标准刚浮上台面之初，的确吸引了不少市场的目光。 许多市场研究公司也大力看好这项技术的发展前景。 例如，在 2020 年底，市场研究公司 NSR 曾发布报告指出，首批具备ZigBee 功能的产品将于 2020 年第一季在北美、欧洲和亚太地区展开， 该机构并预估，到 2020 年，全球将可望部署 亿个 ZigBee 组件，成长非常快速。 同样地，市调机构 InStat 也曾在 2020 年发布新闻指出， “ 五年内， ZigBee 成长将超过 200%。 ” 然而，从几年前的那股热潮，到现在 ZigBee 的发展似乎不如当初的预期。 就在今年初，同样也是 InStat，却发布了一份 ‘ZigBee 发展前景难以预料 ” 的报告。 报告指出，虽然整体 ZigBee 节点与芯片出货量将会从2020 年的 500 万个，到 2020 年成长到 亿个，而且最近在自动电表领域获得了新的关注，但是由于竞争 技术多，它在家电市场得到普及的可能性低，前景未定。 尽管几经起伏，国内仍有一些业者在进行 ZigBee 相关应用的开发，先行试探市场对于此一技术的接受度与反应，等待市场机会的到来。 已投入 ZigBee 应用开发两年多时间的世和数字科技公司，该公司技术长陈智盛表示，投入 ZigBee 主要是因为符合其母公司世正开发公司对于智能型建筑的需求， “ 我们认为对于办公室、家庭住宅的管理自动化、安全性、节能等各方面需求，未来将会持续成长。 而 ZigBee 的无线感测网络、低耗电特性，在定位、温 /湿度感测方面的应用，会有 很大的商机。 ” 目前，世和已经在内湖一个 1000 多坪的社区中，建置 ZigBee 定位与门禁管理系统，同时也将在南港软件园区第三期工程中，建置包括一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度的环境品质感知系统，利用 ZigBee 感测点侦测环境数据，以及其约 200K 的数据传输特性，希望能达到自动调节环境品质的目标。 此外，它也与相关业者开发智能型照护产品。 而去年才开始进行 ZigBee 模块与系统软件开发的胜浤科技，该公司项洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 目经理赵正义表示， “ZigBee 的应用非常多元，常常我们解释完此技术的特性，许多客户就能提出不 同的应用方式，市场对于此技术的兴趣程度，的确是在增加中。 ” 当然，他也提到，之前台湾曾有一家知名的无线通讯业者投入，但是最后却宣告弃守。 此市场由于标准仍缺乏互通性、量不够大、实际部署时的稳定度、可靠度与耗电效能等尚需提升等多方面因素，还是有一些困难需要克服。 赵正义认为，开发 ZigBee 应用的主要核心技术是在软件，对于价格因素，他倒是觉得目前一个感测点约 1000 元台币的价格，对某些特定的先期应用来说，应该已经是可以接受的范围。 目前胜浤已经在某政府机构进行机房安全管制的 ZigBee 应 用部署测试，赵正义表示，不管是工业自动化、医院资产管理、自动超表、电器遥控等，目前都有客户表示兴趣，并在接洽中。 近几年来积极在国内推广 ZigBee 应用的资策会网络多媒体研究所，其环境感知与控制技术中心组长洪志宏表示，虽然目前整个产业尚未起来，但是国内还是有许多公司在进行相关产品、应用的开发。 他说， “ 虽然目前投入的厂家大都以中小型业者为主，但仍有一些知名的家电以及网通正在默默的进行，或许要等到时机更成熟一点，才会有更公开的动作。 ” 尽管如此，经过 3~4 年的推广，洪志宏表示，已有多家厂商技术移 转了资策会开发的 ZigBee stack，进行产品开发，不管是在社区、家庭、医疗照护等各方面，都已经有了实际的产品推出。 举例来说，睿盛科技已经推出 ZigBee 网关器，试图拓展 ‘ 智能化居住空间 ’ 的商机。 此外，像是泰博科技也开发出内建 ZigBee 传感器的血压计、血糖计，希望将 ZigBee 应用在医疗照护应用上。 针对 ZigBee 市场进展的缓慢，他认为， “ 除了价格因素外，软件开发的门槛高，业者缺乏自主的 stack 技术，这些都是影响 ZigBee 实际部署的原因。 ” 洪志宏解释说，虽然目前 ZigBee 芯片的报价大概是 4 美元左右，但是由于数量不高，真正到应用端的 ZigBee 模块通常都要约千元台币，这样价格除非是特定应用，否则市场难以接受。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 但是，就好象是鸡生蛋蛋生鸡的问题一样，市场没有起来，模块价格自然也掉不下来。 他指出，其实就硬件技术来看，市场上的芯片都已经就绪，最大的问题在于软件 stack 开发上的问题。 “ 当然有些半导体业者会提供 stack，但都不是非常完备的，业者还是得依照应用需求，自行进行修改与测试。 这一部分的门槛，是台湾导入 ZigBee 应用的最大瓶颈。 ” “ 另一方面， ZigBee 锁定的是类似大楼 /工业自动化等应用，需要更专业的系统整合 (SI)厂商能够将这项技术导入到相关的应用中。 但是，我们现在有芯片方案、有模块厂商，但还没有 SI 业者能将这个产业链串起来，开发更好的应用，将 ZigBee 产品带到客户端，这些都是目前市场上欠缺的。 ” zigbee 的应用 上面介绍了 ZigBee 的一些技术优势，也谈到了不足之处，目前有些说法把它跟其它他的无线技术，如 WiFi、 Bluetooth、 RFID、 NFC 等等进行类比，说某种技术不如另一种，甚至说某种技术要取代另一种，这样的说法是片面 的。 作为一种低速率的短距离无线通信技术， ZigBee 有其自身的特点，因此应该有为它量身定做的应用，尽管在某些应用方面可能和其他技术重叠。 下面就来简单看看 ZigBee 可能的一些应用，包括智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用。 智能家庭：家里可能都有很多电器和电子设备，如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、电脑、空调等等，可能还有烟雾感应、报警器和摄像头等设备，以前我们最多可能就做到点对点的控制，但如果使用了 ZigBee 技术，可以把这些电子电器设备都联系起来，组成一个网络，甚至可以通过网关连 接到 Inter，这样用户就可以方便的在任何地方监控自己家里的情况，并且省却了在家里布线的烦恼。 工业控制：工厂环境当中有大量的传感器和控制器，可以利用 ZigBee技术把它们连接成一个网络进行监控，加强作业管理，降低成本。 自动抄表：抄表可能是大家比较熟悉的事情，像煤气表、电表、水表等等，每个月或每个季度可能都要统计一下读数，报给煤气、电力或者供水公司，然后根据读数来收费。 现在在大多数地方还是使用人工的方式来进行抄表，逐家逐户的敲门，很不方便。 而 ZigBee 可以用于这个领域，利洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 用传感器把表的读数转化为数 字信号，通过 ZigBee 网络把读数直接发送到提供煤气或水电的公司。 使用 ZigBee 进行抄表还可以带来其它好处，比如煤气或水电公司可以直接把一些信息发送给用户，或者和节能相结合，当发现能源使用过快的时候可以自动降低使用速度。 医疗监护：电子医疗监护是最近的一个研究热点。 在人体身上安装很多传感器，如测量脉搏、血压，监测健康状况，还有在人体周围环境放置一些监视器和报警器，如在病房环境，这样可以随时对人的身体状况进行监测，一旦发生问题，可以及时做出反应，比如通知医院的值班人员。 这些传感器、监视器和报警器，可以通过 ZigBee 技术组成一个监测的网络，由于是无线技术，传感器之间不需要有线连接，被监护的人也可以比较自由的行动，非常方便。 传感器网络应用：传感器网络也是最近的一个研究热点，像货物跟踪、建筑物监测、环境保护等方面都有很好的应用前景。 传感器网络要求节点低成本、低功耗，并且能够自动组网、易于维护、可靠性高。 ZigBee 在组网和低功耗方面的优势使得它成为传感器网络应用的一个很好的技术选择。 电信应用：在 2020 年初的时候，意大利电信就宣布她研发了一种集成了 ZigBee 技术的 SIM 卡，并命名为“ ZSIM” [5]。 其实这 种 SIM 卡只是把ZigBee 集成在电信终端上的一种手段。 而 ZigBee 联盟也在 2020 年 4 月发布新闻，说联盟的成员在开发电信相关的应用 [6]。 如果 ZigBee 技术真得。