畢業(yè)答辯-基于ZigBee無線傳感器的設(shè)計

1、基于ZigBee的溫濕度傳感器設(shè)計學(xué)生：劉培新指導(dǎo)老師：劉大銘內(nèi)容提要 本文系統(tǒng)的介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法和以及各部分的功能，最終實現(xiàn)了對溫濕度的監(jiān)測。此系統(tǒng)以ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，與以往的有線系統(tǒng)相比實現(xiàn)了更方便快捷的安裝，更低的功耗和更高的安全性。最終以溫度的監(jiān)測作為系統(tǒng)的演示。 ZigBee是一種低速無線局域網(wǎng)技術(shù)，它適用于通信數(shù)據(jù)量不大，數(shù)據(jù)傳輸率相對比較低，分布范圍較小，但對數(shù)據(jù)的安全可靠有一定的要求，而且要求成本和功耗非常低，并容易安裝使用的場合。 ZigBee的簡要介紹ZigBee技術(shù)特點：（1）較靈活的工作頻段）較靈活的工作頻段 ZigBee聯(lián)盟定義了2.4GH

2、z頻段和868/915MHz。2.4GHz頻段在全世界范圍內(nèi)是通用的，而868/915MHz頻段分別適應(yīng)歐洲和北美。共有27個信道。免注冊的頻段和較多的信道使ZigBee的使用更加靈活、方便，特別是選用2.4GHz頻段的設(shè)備，可以在全世界的任何地方使用。（2）低功耗）低功耗 這是 ZigBee的一個顯著特點。由于工作周期短、收發(fā)信息功耗低，并且采用了休眠機(jī)制，ZigBee 終端僅需要兩節(jié)普通的五號干電池就可工作 6 個月到 2 年。（3）網(wǎng)絡(luò)容量大）網(wǎng)絡(luò)容量大 每個 ZigBee 協(xié)調(diào)器可支持 255 個設(shè)備，若是通過路由器組網(wǎng)，整個網(wǎng)絡(luò)可以容納 6.50 萬多個節(jié)點設(shè)備，再加上各個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

3、可以互連，整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)目將十分可觀。（4）低成本）低成本 ZigBee協(xié)議棧是在IEEE802.15.4的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的， ZigBee聯(lián)盟制定了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，開發(fā)者只需在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用代碼即可，并且免專利費。近幾年，由于ZigBee技術(shù)的發(fā)展，國外CC2530芯片已經(jīng)達(dá)到了1美元，國內(nèi)價格在20-30元。家居樓宇：家居環(huán)境監(jiān)測、無線抄表系統(tǒng)、 家用電器的自動控制（如燈、窗簾、空調(diào)等）；工業(yè)控制：安防警告 、無線定位、各種監(jiān)控器、 傳感器的自動化控制；農(nóng)業(yè)控制：遠(yuǎn)程土壤環(huán)境監(jiān)控；醫(yī) 療： 無線呼救系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等。ZigBee應(yīng)用 ZigBee協(xié)議由物理層（PHY）、媒體訪問控制層（

4、MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）和應(yīng)用層（APL）組成。網(wǎng)絡(luò)層及以上協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，PHY和MAC層使用的是IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee協(xié)議介紹：無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型 完整的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有三種設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器、路由器以及傳感器節(jié)點。他們以下面三種網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到整個系統(tǒng)中，最終由協(xié)調(diào)器將信息發(fā)送管理中心（PC）中，本文設(shè)計的系統(tǒng)只在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小的情況下使用，故使用星狀結(jié)構(gòu)。 本系統(tǒng)是通過根植于各種一般環(huán)境下的若干溫濕度傳感器節(jié)點模塊將環(huán)境信息采集并以ZigBee無線技術(shù)發(fā)送到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器節(jié)點將接收的環(huán)境信息處理后通過RS-232發(fā)送至管理中心（即PC），由此即實現(xiàn)

5、了溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞流程：本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞流程：硬件電路的設(shè)計（1）協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計）協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖：協(xié)調(diào)器節(jié)點有CC2530模塊和RS-232通信模塊、電源模塊三部分組成。天線部分：25,26；時鐘部分：頻率分別為32MHz和32.768KMz；ZigBee主控芯片：其中10,21,24,27,28,29,31,39接3.3V；電源部分：輸入電壓為5V，輸出電壓為2.4V3.3V串口部分：采用RS232串口實現(xiàn)與計算機(jī)通信。傳感器節(jié)點由傳感器模塊、CC2530模塊和電源供應(yīng)模塊三部分組成了傳感器節(jié)點，其中除了傳感器模塊不一樣外其余均與協(xié)調(diào)器節(jié)點相同。（2）傳感器節(jié)點設(shè)計）傳感器節(jié)點設(shè)計傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)圖：CC2530電源時鐘射頻天線單元傳感器模塊 因傳感器節(jié)點除傳感器外各個部分與協(xié)調(diào)器一樣，故只這里介紹傳感器（以STH11為例）傳感器連接圖：軟件設(shè)計 由于使用的是ZigBee無線技術(shù)，故編程軟件為IAR公司的IAR Embedded Workbench for 8051 。完美支持CC2X3X系列芯片，并且IAR官網(wǎng)提供了ZigBee的協(xié)議棧下載。程序流程圖（1）協(xié)調(diào)器節(jié)點程序流程圖： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中包括協(xié)調(diào)器節(jié)點和傳感器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)(建網(wǎng)后充當(dāng)路由角色)，傳感器節(jié)點只能收發(fā)數(shù)據(jù)