基于zigbee技术的无线传感网络信息平台构建技术研究毕业设计论文(编辑修改稿)

基于zigbee技术的无线传感网络信息平台构建技术研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

来实现上网。  ZigBee 就是一种短距离的无线传感网络，它主要用于传输控制数据，因为是控制数据，所以相对来说，数据量比较小，比较使用于小型办公网络及智能家居的控制系统。 ZigBee、蓝牙以及 IEEE 标准对比如表 1图 12 所示。 表 11 ZigBee、蓝牙以及 IEEE 标准对比 项目 数据速率 数据传输距离 /m 典型应用领域 ZigBee 20~250kbs 10~100 无线传感网络 蓝牙 1~3Mbps 2~10 蓝牙耳机、无线鼠标 IEEE 1~11Mbps 30~100 无线网 峰值数据传输速率 传输距离 传输音频数据 传输大量数据 传输视频数据 图 11 各种无线数据传输协议对比图 本科毕业设计（论文） 3 所以， ZigBee 的用途主要是在短距离的无线控制系统中，来传输传输少量的控制信息。 比如，在智能化家居中， ZigBee 可以用来传输控制床帘开合或者关闭信息。 ZigBee 简介 ZigBee 技术是一种无线通信技术协议，它具有传播距离短、成本低、功耗低以及传输速率低得特点。 ZigBee 最终目标就是要建立一个像手机一样到处都有的传感网络，远程控制和自动控制领域中为最佳使用平台，同时也可以镶嵌到各种设备中或者单独使用。 ZigBee 技术优势 和 ZigBee 从一出现就被设计用于构建节点的无线网络中。 它的主要技术优势决定了它的这一属性。 1. 功耗低： ZigBee 技术拥有三种节约电量的模式，可以确保一节电池让其使用 6个月到两年的工作时间。 而蓝牙只能工作几周周、 WiFi只能工作几个小时。 2. 成本较低： ZigBee 数据传输速率低，网络协议比较简单，所以成本也比较低。 3. 安全： ZigBee 可以检查一个数据的完整性的功能，持有认证才能接入，它使用的加密算法是 AES128 加密算法。 4. 有效范围小： ZigBee 覆盖范围通常在 10 米至 100 米之间，目前增强版的也在300 米左右，不过对于小型办公网络及家庭来说， 10 米至 100 米是能够完全覆盖的。 蓝牙 ZigBee 功耗设计复杂度成本 数据速率 图 12 ZigBee、蓝牙以及 IEEE 标准对比 本科毕业设计（论文） 4 ZigBee 技术的应用领域 ZigBee 技术是基于小型无线网络来开发的通信协议标准，特别是 ZigBee 协议逐渐成熟， ZigBee 技术在智能家居和工业、农业自动化方面有较大的应用前景。 在工业方面的控制使用中， ZigBee 技术也是比较好的选择，选择相应的协调器节点收取传感器采集的数据，在 ZigBee 网络协议中来进行数据采集的发送和接收。 在智能化家居和商业楼宇自动化方面，将空调、电视、床帘控制器等通过 ZigBee技术来组成一个无线网络，通过一个遥控器就可以实现各种家电的控制，这种应用场所比现行的每个家电一个遥控器方便得多。 在农业方面，传统的农业 中，人们沿袭了老习惯，使用的不具备通信能力并且单独的机械设备，仍然是人工检查农田的土质、作物的生长等，假如我们在这当中应用上ZigBee 技术，便可以很容易地监控作物各个的生长阶段，使用 ZigBee 网络，我们便能在无线网络中传输传感器的数据。 人们只需要坐在电脑屏幕面前，就能随时观测作物生长情况，这将给现代农业的发展带来很大帮助。 本课题研究内容及意义 本课题创新性选取 TI 公司的 SoC 芯片 CC2530,该芯片上集成了 8051 内核 ， 通过在IAR 编译环境的编译及烧录，最终实现无线点台灯，传感器监测数据信号数字化，能 够更容易和准确的实现 LCD 和串口调试助手中实时显示。 课题研究内容 本课题是研究实时监测烟雾、温度、红外热释电、光敏、温湿度等系统及通过协议栈的编译学习实现无线点台灯。 设计方案  对 IAR 集成开发环境及协议栈的学习及编译；进行基础实验并在开发板上仿真；对 LCD 程序编译并使其能够点亮 LCD 并 使 LCD 有相应的显示。  通过 IAR 集成开发环境分别对相应传感器协议栈的编译及其仿真，成功后烧入ZigBee 开发板，并连接串口线，最终分别实现 LCD 和串口的双向显示的结果。 （烟雾传感器、温度传感器、红外热释电传感器、光敏传感器、温湿度传感器）  通过 IAR 集成开发环境对协议栈的编译，写出点亮 LED 的程序，然后写出控制继电器的程序，然后进行仿真，如果能够成功，则分别在功能板 CC2530 中烧入控制端程序，在带有继电器的开发板模板中烧入接收端程序，通过这些步骤，本科毕业设计（论文） 5 最终实现无线点台灯。 课题研究意义 本课题进行一系列实验仿真，都为以后的智能化家居、智能农业检测等打下基础，使我们以后的生活更加简单方便快捷，坐在家里的沙发上，使用手中带液晶的遥控器控制所有灯的开断、明暗，床帘的打开与关闭，实时监测室内温湿度，电路插板的电源的通断等等，这一切都将变得简单智能化，为我们的生活提供便捷与舒适。 本科毕业设计（论文） 6 第 2章 ZigBee 网络拓扑结构及节点分析与设计 ZigBee 网络结构简要分析 ZigBee 技术的无线传感网络适用于具有网络节点点多、占地面积小、数据量较小，传输质量可靠、功耗低、成本低这些特点的环境，因此，在环境监测、无线抄 表、智能家居、智能小区、工业控制等领域，很明显的有相对优势。 同时， ZigBee 技术的日渐成熟，由最开始的 、 到目前的 ZigBee 20xx， ZigBee 协议的越来越规范化也需要硬件有更好的适配 ZigBee 协议。 ZigBee 网络结构介绍 ZigBee 节点主要类别有三种，它们分别是路由器（ Router）、协调器（ Coodinator）以及终端（ End Device）。 一个完整的网络中至少需要一个协调器，且一个网络中只能有一个协调器，它的作用是负责每个节点地址的分配，组网方式千变万化。 如图 21 所示。 ZigBee 的拓扑结构主要有如下几种，即星型网络、网状网络和簇状网络。 不同的网络拓扑对应的应用领域是不一样的，在 ZigBee 无线网络中，不同的网络拓扑结构，对网络节点的配置要求也不一样。 其中，网络协调器节点的作用是新建并且维护一个无线网络，能够自动辨识设备并网络协调器节点 终端节点 路由器节点 图 21 ZigBee网络拓扑结构 本科毕业设计（论文） 7 让它们加入网络；路由器节点的作用是支撑网络链路结构，转发数据包；终端节点则负责了网络的接收数据和执行协调器发送来的数据，作用是采集数据和执行网络动作。 因此， ZigBee 的网络节点需要同时完成感知、网络支持、网络协调的任务。 从功能上看的话， ZigBee 的网络节点由 MCU、无线收发模块、存储器、电源模块以及其他外设功能模块构成，如图 22。 这当中，可以借由 dma、 a/d 模块、 usart 模块以及定时器模块在内的丰富的外设功能，来满足网络对硬件资源的需求，通过存储器模块存储和执行协议栈，运算预处理 cpu实现数据， mac 定时器则用来实现网络的同步，通过 aes 加密技术，可以实现信息加密，无线模块则用来完成数据的传输和信息的控制。 无线网络通信信道分析 我们见到的 “频段（ Channel） ”便是无线网络通信信道，它是通过无线信号传输的数据信号传送通道。 各个国家都有自己的频段管理机构，我国的无线电频段管理机构称为中国无线电管理委员会，通常情况下，只有使用一些特定的无线电频段才需要得到无线电管理机构许可，其余的频段都是能够自由使用的。 ZigBee 也工作在 ISM 频段内，它含有两个频段， 频段和 896/915MHz 频带。 ISM 频段，它拥有 16 个信道，通信信道的传输速率为 250kbps。 G天线模块 Modem CPU RAM ROM DMA USART A/D 定时器 调试 时钟 IEEE MAC 定时器 129 位 AES 加密器 图 22 ZigBee网络节点模块 本科毕业设计（论文） 8 ZigBee 网络节点设计要求  无线频段可选择性。 无线频段需要一个比较好的网络传输速率，且整个网络抗干扰能力较好。  体积小，成本低，易于大规模网络节点。 ZigBee 需要布建网络节点多，且购买的成本也不高，所以 ZigBee 网络节点有较高的性价比。  功耗较低，且可以用电池供电。 ZigBee 的一个比较突出的特征就是功耗低，支持三种省电模式使设备更加省电。 本科毕业设计（论文） 9 第 3章 ZigBee 硬件设计 ZigBee 芯片选型 ZigBee 协议网络节点硬件核心部分主要是微处理芯片。 因为它具有无线收发模块，所以对 ZigBee 网络节点的建立和维护拥有重要作用，即要使 ZigBee20xx 协议栈能够正常运行，就需要采集处理数据和保障无线收发数据功能。 在网络节点硬件设计中，由于成本与是否可以操作等原因，设计方案也有所不同，本设计中，选用了集微处理器模块和无线收发模块于一体的单芯片结构方案。 本设计选用的是德州仪器公司的 ZigBee芯片 CC2530f256，它的工作频段是 ，满足 规范，是目前众多 ZigBee 设备产品中性能最出色的微处理器之一。 其主要性能如下：  CC2530 芯片内部已经集成了 8051 的内核，所以支持代码预取； 256kflash 程序存储器，支持新版 ZigBee20xx 编译协议栈方法； 8k 数据存储器；支持调试。  供电区间在 ，该芯片具有唤醒模。