基于WSN的地鐵車站溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計論文說明

1、 . . . 摘 要如今，在中國掀起了地鐵項目建設的高潮，地鐵作為方便快捷，時尚綠色的交通方式，已經(jīng)成為了諸多市民出行的第一選擇。民心所向，地鐵項目在中國遍地開花結果。這就需要對地鐵環(huán)境的安全性提出了較高的要求。其中尤為重要的一項是地鐵站的溫度檢測和火災報警。以往的溫度數(shù)據(jù)的采集往往靠有線的設備，不僅布線繁瑣，工作量大，而且信號在遠距離傳輸?shù)倪^程中易受其它電子設備的干擾，自身也存在著信號的衰減，增加了信號處理的難度。隨著無線通信的快速發(fā)展，無線產(chǎn)品如雨后春筍般迅速增加，因此，利用無線的通信模塊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸必將成為新的發(fā)展趨勢。本設計是基于ZigBee的地鐵站溫度檢測系統(tǒng)，利用無線射頻網(wǎng)絡Z

2、igBee技術構架起樹簇型網(wǎng)絡。通過ZigBee終端上安裝數(shù)字式溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，然后通過無線網(wǎng)絡發(fā)送給上位機，以供檢測。本設計重點介紹了溫度傳感器終端的設計，并詳細分析了基于ZigBee技術的樹簇狀網(wǎng)絡的構建與上位機顯示設計。并通過搭建實驗平臺，對地鐵站溫度實現(xiàn)了采集，完成了基于ZigBee的地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的設計。關鍵詞：ZigBee技術，溫度檢測，DS18B20,無線通信AbstractNowadays，there are so many subway projects being constructed in so many cities in China. It

3、 is so fast,convenient and fashionable that take the subway has became the first choice of many people travel.However,it requires high requirements for the security of the subway environment.What is particularly important in a subway station is the temperature detection and fire alarm. In the past,

4、temperature data collection often rely on a wired device, which means not only cumbersome wiring and a heavy workload，but also signal susceptible to interference from other electronic devices in the process of long-distance transmission with the signal attenuation, thus increase the difficulty of si

5、gnal processing.With the rapid development of wireless communication,wireless products increased.Wireless communication module for data transmission will become the new trends.The design is a subway station temperature detection system based on ZigBee.Setting up a radio frequency network using ZigBe

6、e technology to form the framework of the tree cluster network.Install a digital temperature sensor DS18B20 to collect temperature data by ZigBee terminal,then sent to the host computer through a wireless network.The design focuses on the design of the temperature sensor terminal and a detailed anal

7、ysis based on ZigBee technology tree clustered network and PC display design.Through building the experimental platform and collecting the temperature of the subway station, ZigBee-based temperature sensing system of the subway station design has been completed.Keyword：ZigBee technology，Temperature

8、detection，DS18B20，Wireless communications34 / 38目 錄第一章 緒 論11.1 課題研究的背景和意義11.1.1 地鐵溫度檢測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀11.1.2 課題研究的意義11.2 無線傳感器網(wǎng)絡研究綜述11.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述11.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特點21.2.3 無線傳感器的研究現(xiàn)狀與應用31.3 論文結構與研究容4第二章 ZigBee技術的基礎52.1 ZigBee技術概述52.2 ZigBee技術優(yōu)點52.3 ZigBee協(xié)議棧結構62.4 ZigBee網(wǎng)絡設備類型82.5 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構82.6 ZigBee技術應用

9、前景9第三章 溫度傳感器終端設計113.1 溫度傳感器終端設計的基本原則113.2 溫度傳感器終端總體設計方案113.3 終端硬件設計123.3.1 射頻收發(fā)芯片123.3.2 溫度采集芯片 DS18B20 介紹143.3.3 協(xié)調器節(jié)點的硬件設計163.3.4 傳感器節(jié)點的硬件設計163.3.5 上位機與協(xié)調器節(jié)點硬件電路設計173.3.6 系統(tǒng)電源設計183.4 系統(tǒng)軟件設計18第四章 地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)224.1 總體方案設計224.2 下位機軟件程序的開發(fā)234.3上位機程序設計244.3.1計算機串口驅動程序244.3.2數(shù)據(jù)的實時顯示244.3.3數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)的查看25

10、4.4 無線網(wǎng)絡的組建與數(shù)據(jù)傳輸254.4.1 樹簇網(wǎng)組網(wǎng)設計254.4.2 終端設備入網(wǎng)設計274.4.3 數(shù)據(jù)傳輸設計284.5網(wǎng)絡節(jié)點程序的開發(fā)294.5.1備初始化程序314.5.2匯聚節(jié)點的組網(wǎng)32第五章 地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的仿真335.1 實驗平臺的建立335.2 測試結果分析33總結與展望35參考文獻36致 37第一章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義1.1.1 地鐵溫度檢測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)有的火災報警系統(tǒng)，多采用有線技術進行火災傳感網(wǎng)絡的組建。這類方案的特點是擴展性能差，布線繁瑣，影響美觀。由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損，故障發(fā)生率較高，誤報警率高。無線

11、傳輸方式構建的無線火災傳感器網(wǎng)絡恰好可以避免這些問題。相對而言，無線的方式比較靈活，避免了重新布線，不再需要將網(wǎng)絡的基礎設施掩埋在地下或隱藏在墻里，無線網(wǎng)絡可以適應移動或變化的需要；但是，無線通信技術在火災監(jiān)控領域的應用相對還是很少。這主要是因為目前沒有一項無線通信技術適合在火災監(jiān)控領域進行廣泛的推廣，而且現(xiàn)有一些無線通信產(chǎn)品的價格偏高，導致無線通信技術在火災監(jiān)控中的應用停滯不前。1.1.2 課題研究的意義從21世紀開始,無線傳感器網(wǎng)絡引起了學術界、軍界、工業(yè)界的極大關注,世界各國相繼啟動了關于無線傳感器網(wǎng)絡的研究計劃,其應用領域也擴充到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€角落，無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和廣泛應用,

12、已對人們的社會生活產(chǎn)業(yè)變革帶來極大的影響并產(chǎn)生巨大的推動。它的一個重要優(yōu)勢是擺脫了傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡的連線限制,解決了成本問題,通過傳感器技術微處理器技術和無線通信技術的融合,大大縮短了人和自然之間的距離。隨著近年來人類在微電子機械系統(tǒng)、無線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短距離無線通信的多功能傳感器成為可能。ZigBee技術的出現(xiàn)就解決了這些問題。將無線ZigBee傳感器網(wǎng)絡和人工智能結合，可以大大提高火災報警系統(tǒng)的可靠性。正是由于ZigBee技術具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時間短等性能，相對于其他無線網(wǎng)絡技術，它更適合于組建大圍的無線火災

13、探測器網(wǎng)絡。1.2 無線傳感器網(wǎng)絡研究綜述1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述無線傳感器網(wǎng)絡是一種特殊的Ad-hoc網(wǎng)絡，可應用于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達的區(qū)域(如受到污染、環(huán)境不能被破壞或敵對區(qū)域)和一些臨時場合(如發(fā)生自然災害時，固定通信網(wǎng)絡被破壞)等。它不需要固定網(wǎng)絡支持，具有快速展開，抗毀性強等特點，可廣泛應用于軍事、工業(yè)、交通、環(huán)保等領域，因此引起了人們廣泛關注。無線傳感器網(wǎng)絡典型工作方式如下：使用飛行器將大量傳感器節(jié)點(數(shù)量從幾百到幾千個)拋撒到需檢測區(qū)域，節(jié)點通過自組織快速形成一個無線網(wǎng)絡。節(jié)點既是信息的采集和發(fā)出者，也充當信息的路由者，采集的數(shù)據(jù)通過多跳路由到達網(wǎng)關。網(wǎng)

14、關(Sink node)是一個特殊的節(jié)點，可以通過Internet、移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星等與監(jiān)控中心通信。也可以利用無人機飛越網(wǎng)絡上空，通過網(wǎng)關采集數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(如WLAN和蜂窩移動網(wǎng)絡)有著不同的設計目標，后者在高度移動的環(huán)境過優(yōu)化路由和資源管理策略最大化帶寬的利用率，同時為用戶提供一定的服務質量保證。在無線傳感器網(wǎng)絡中，除了少數(shù)節(jié)點需要移動以外，大部分節(jié)點都是靜止的。因為它們通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境中，能源無法替代，設計有效的策略延長網(wǎng)絡的生命周期成為無線傳感器網(wǎng)絡的核心問題。當然，從理論上講，太陽能電池能持久地補給能源，但工程實踐中生產(chǎn)這種微型化

15、的電池還有相當?shù)碾y度。在無線傳感器網(wǎng)絡的研究初期，人們一度認為成熟的internet技術加上Ad-hoc路由機制對傳感器網(wǎng)絡的設計是足夠充分的，但深入的研究表明：傳感器網(wǎng)絡有著與傳統(tǒng)網(wǎng)絡明顯不同的技術要求。前者以數(shù)據(jù)為中心，后者以傳輸數(shù)據(jù)為目的。為了適應廣泛的應用程序，傳統(tǒng)網(wǎng)絡的設計遵循著“端到端”的邊緣論思想，強調將一切與功能相關的處理都放在網(wǎng)絡的端系統(tǒng)上，中間節(jié)點僅僅負責數(shù)據(jù)分組的轉發(fā)，對于傳感器網(wǎng)絡，這未必是一種合理的選擇。一些為自組織的Ad-hoc網(wǎng)絡設計的協(xié)議和算法未必適合傳感器網(wǎng)絡的特點和應用的要求。節(jié)點標識(如地址等)的作用在傳感器網(wǎng)絡中就顯得不是十分重要，因為應用程序不怎么關心

16、單節(jié)點上的信息；中間節(jié)點上與具體應用相關的數(shù)據(jù)處理、融合和緩存也顯得很有必要。在密集性的傳感器網(wǎng)絡中，相鄰節(jié)點間的距離非常短。低功耗的多跳通信模式節(jié)省功耗，同時增加了通信的隱蔽性，也避免了長距離的無線通信易受外界噪聲干擾的影響。這些獨特的要求和制約因素為傳感器網(wǎng)絡的研究提出了新的技術問題。1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的特點目前常見的無線網(wǎng)絡包括移動通信網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍牙網(wǎng)絡、Ad-hoc網(wǎng)絡等，與這些網(wǎng)絡相比，無線傳感器網(wǎng)絡具有以下特點：l 硬件資源有限。節(jié)點由于受價格、體積和功耗的限制，其計算能力、程序空間和存空間比普通的計算機功能要弱很多。這一點決定了在節(jié)點操作系統(tǒng)設計中，協(xié)議層次不能太復

17、雜。l 電源容量有限。網(wǎng)絡節(jié)點由電池供電，電池的容量一般不是很大。其特殊的應用領域決定了在使用過程中，不能給電池充電或更換電池，一旦電池能量用完，這個節(jié)點也就失去了作用。因此在傳感器網(wǎng)絡設計過程中，任何技術和協(xié)議的使用都要以節(jié)能為前提。l 無中心網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡中沒有嚴格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，是一個對等式網(wǎng)絡。節(jié)點可以隨時加入或離開網(wǎng)絡，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行，具有很強的網(wǎng)絡抗毀性。l 自組織網(wǎng)絡。網(wǎng)絡的布設和展開無需依賴于任何預設的網(wǎng)絡設施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調各自的行為，節(jié)點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡。l 多跳路由。網(wǎng)絡中節(jié)點通信距離有

18、限，一般在幾百米圍，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。固定網(wǎng)絡的多跳路由使用網(wǎng)關和路由器來實現(xiàn)，而無線傳感器網(wǎng)絡中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡節(jié)點完成的，沒有專門的路由設備。這樣每個節(jié)點既可以是信息的發(fā)起者，也是信息的轉發(fā)者。l 動態(tài)拓撲。無線傳感器網(wǎng)絡是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，節(jié)點可以隨處移動；一個節(jié)點可能會因為電池能量耗盡或其他故障，退出網(wǎng)絡運行；一個節(jié)點也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡中。這些都會使網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡應該具有動態(tài)拓撲組織功能。l 節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集。為了對一個區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測任務，往往有成千上萬傳感器節(jié)

19、點空投到該區(qū)域。傳感器節(jié)點分布非常密集，利用節(jié)點之間高度連接性來保證系統(tǒng)的容錯性和抗毀性。1.2.3 無線傳感器的研究現(xiàn)狀與應用由于無線傳感器網(wǎng)絡的特殊性，其應用領域與普通通信網(wǎng)絡有著顯著的區(qū)別，主要包括以下幾類。l 軍事應用。軍事應用是無線傳感器網(wǎng)絡技術的主要應用領域，由于其特有的無需架設網(wǎng)絡設施、可快速展開、抗毀性強等特點，是數(shù)字時代戰(zhàn)場無線數(shù)據(jù)通信的首選技術，是軍隊在敵對區(qū)域中獲取情報的重要技術手段。l 緊急和臨時場合。在發(fā)生了地震、水災、強熱帶風暴或遭受其他災難打擊后，固定的通信網(wǎng)絡設施(如有線通信網(wǎng)絡、蜂窩移動通信網(wǎng)絡的基站等網(wǎng)絡設施、衛(wèi)星通信地球站以與微波接力站等)可能被全部摧毀或

20、無常工作，對于搶險救災來說，這時就需要無線傳感器網(wǎng)絡這種不依賴任何固定網(wǎng)絡設施、能快速布設的自組織網(wǎng)絡技術。邊遠或偏僻野外地區(qū)、植被不能破壞的自然保護區(qū)，無法采用固定或預設的網(wǎng)絡設施進行通信，也可以采用無線傳感器網(wǎng)絡來進行信號采集與處理。無線傳感器網(wǎng)絡的快速展開和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。l 大型設備的監(jiān)控：在一些大型設備中，需要對一些關鍵部件的技術參數(shù)進行監(jiān)控，以掌握設備的運行情況。在不便于安裝有線傳感器的情況下，無線傳感器網(wǎng)絡就可以作為一個可選的通信手段。l 衛(wèi)生保?。嚎梢栽诓∪松砩习惭b用于檢測身體機能的傳感器節(jié)點，這些信息匯總后，傳送給醫(yī)生，進行與時處理，為遠程醫(yī)療創(chuàng)造條件。

21、1.3 論文結構與研究容本文的主要容是設計一種基于 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡的溫度檢測系統(tǒng)。主要的研究容包括：1、 溫度信息的采集。關鍵在于選擇合適的溫度傳感器，本文采用數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20。2、 溫度信息的傳輸與處理。通過 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡建立一定圍的無線網(wǎng)絡，將采集的溫度信息上傳到協(xié)調器節(jié)點進行實時檢測。本論文共分為六章，具體結構如下：第一章 ：緒論簡要介紹了課題研究的背景和意義，對無線傳感器網(wǎng)絡進行了概述，并介紹了本文的整體結構。第二章 ：ZigBee 技術的基礎研究分析了ZigBee技術的特點、 網(wǎng)絡拓撲結構、協(xié)議體系結構等。第三章 ：溫度傳感器終端設計分析

22、了設計的基本原則，總體設計方案，終端硬件設計和系統(tǒng)的軟件設計。第四章 ：地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹了總體的方案設計，其中包括數(shù)據(jù)是如何采集的，和無線網(wǎng)是如何組建的。第二章 ZigBee技術的基礎2.1 ZigBee技術概述ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網(wǎng)絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動

23、控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術。 ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備中，同時支持地理定位功能。在ZigBee技術中，其體系結構通常由層來量化它的各個簡化標準。每一層負責完成所規(guī)定的任務，并且向上層提供服務。各層之間的接通過所定義的邏輯鏈路來提供服務。ZigBee技術的體系結構主要由物理(PHY)層、媒體接人控制(MAC)層、網(wǎng)絡安全層以與應用框架層組成。2.2 ZigBee技術優(yōu)點ZigBee技術有以下特點：l 省電。

24、由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此ZigBee技術可以確保兩節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間。不同的應用對應的功耗自然是不同的。l 可靠。采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。l 成本低。模塊價格低廉，且ZigBee協(xié)議是免專利費的。l 時延短。針對時延敏感的應用作了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設備搜索時延典型值為30 ms，休眠激活時延典型值是15 ms，活動設備信道接入時延為15 ms。l 節(jié)點通信

25、設置易于配置。l 網(wǎng)絡容量大。ZigBee可以采用星形、網(wǎng)狀、串狀結構組網(wǎng)，而且可以通過任一節(jié)點連接組成更大的網(wǎng)絡結構。從理論上講，其可連接的節(jié)點多達64000個。1個ZigBee網(wǎng)絡最多可以容納254個從設備和1個主設備，1個區(qū)域可以同時存在最多l(xiāng)O0個ZigBee網(wǎng)絡。l 安全。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。l 全球通用性和完好的開放性。ZigBee標準協(xié)議，使ZigBee設備間的通信成為輕而易舉的事情。2.3 ZigBee協(xié)議棧結構ZigBee 協(xié)議棧是一種基于 OSI 標準的七層模型。IEEE 將 802.15

26、.4 定義為低數(shù)率無線個域網(wǎng)的標準，該標準分別定義了 PHY 層和 MAC 層。而 ZigBee 聯(lián)盟則將ZigBee 協(xié)議棧中的網(wǎng)絡層和應用層標準化。其中應用層又包括應用支持子層、 ZigBee 設備對象、制造商定義的應用對象。其框圖如圖所示：圖2.1 ZigBee協(xié)議?？蚣軋D1、 物理層(PHY層) 物理層是負責數(shù)據(jù)的調制與發(fā)送的，是 IEEE802.15.4 協(xié)議的最下層。它的設計將直接影響到電路的復雜度和能耗。其調制的方式為擴頻通信的方式，通過RF收發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，其無線傳輸?shù)木嚯x大概為 75m 左右，但是如果加大發(fā)射功率，傳輸距離可以適當增加。 ZigBee的頻率：2.4GHz、

27、868MHz、915MHz。不同的國家地區(qū)使用的頻率不用，例如美國使用的是 915MHz，歐洲使用的 868MHz，2.4GHz 則是全球通用的。2、 媒體訪問控制層(MAC層) ZigBee 的媒體訪問控制層的主要功能是為兩個 ZigBee 設備的MAC層實體之 間提供可靠的數(shù)據(jù)鏈路。MAC層可以提供兩種服務：MAC層數(shù)據(jù)服務和 MAC層管理服務。前者保證MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元在物理層數(shù)據(jù)服務中的正確收發(fā)，而后者從事MAC層的管理活動，并維護一個信息數(shù)據(jù)庫。 IEEE802.15.4 定義的MAC層協(xié)議，提供數(shù)據(jù)傳輸服務（MCPS）和管理服務 （MLME），其邏輯模型如圖 2.2 所示。其中，P

28、D-SAP 是 PHY 層提供給 MAC 的 數(shù)據(jù)服務接口；PLME-SAP是PHY層給MAC層提供的管理服務接口；MLME-SAP是由MAC層提供給網(wǎng)絡層的管理服務接口，MCPS-SAP是MAC層提供給網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)服務接口；MAC層的數(shù)據(jù)傳輸服務主要是實現(xiàn)MAC數(shù)據(jù)幀的傳輸；MAC層的管理服務主要有信道的訪問，PAN的開始和維護，節(jié)點加入和退出PAN網(wǎng)、設備間的同步實現(xiàn)、傳輸事務管理等。圖2.2 MAC結構示意圖3、 網(wǎng)絡層(NWK 層)網(wǎng)絡層主要是通過使用MAC層提供的各種功能，保證IEEE802.15.4標準MAC 層各種功能的正確執(zhí)行，其主要任務有建立新的網(wǎng)絡、維護網(wǎng)絡設備、提供網(wǎng)絡路

29、由等。 網(wǎng)絡層確保 MAC 子層的正確操作，并為應用層提供合適的服務接口。為了給應用層提供合適的接口，網(wǎng)絡層用數(shù)據(jù)服務和管理服務這兩個服務實體來提供必需的功能。網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)實體(NLDE)通過相關的服務接入點(SAP)來提供數(shù)據(jù)傳輸服務；網(wǎng)絡層管理實體(NLME)通過相關的服務接入點(SAP)來提供。4、 應用層（APL層)在 ZigBee 協(xié)議棧中，應用層提供高級協(xié)議棧管理功能，它可以根據(jù)具體的問題由用戶進行開發(fā)。 它是由應用支持子層（APS）、ZigBee 設備配置層和用戶程序來組成的。其中應用支持子層的作用是通過ZigBee設備對象和制造商定義的應用對象所用到的一系列服務來為網(wǎng)絡層和應用層

30、提供接口。ZigBee設備配置層是用來提供標準的ZigBee 配置服務，它可以定義和處理描述符請求。用戶程序實際上就是生產(chǎn)商定義的應用對象。這些應用程序使用 ZigBee 聯(lián)盟給出的并且批準的規(guī)進行開發(fā)且 運行在端點 1 至 240 上。管理服務， 即NLME 利用 NLDE 來完成一些管理任務和維護管理對象的數(shù)據(jù)庫。2.4 ZigBee網(wǎng)絡設備類型ZigBee 網(wǎng)絡設備類型在ZigBee網(wǎng)絡中主要有兩種設備類型，一種是全功能設備（FFD），一種是精簡功能設備。在無線傳感器網(wǎng)絡中全功能設備既可以互相通信又可以和精簡功能設備通信，而精簡功能設備只能與全功能設備進行通信。在一個無線網(wǎng)絡中既有全功能

31、設備,又有精簡功能設備，精簡設備的應用比較簡單，主要負責數(shù)據(jù)的采集，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調器。它不可以進行數(shù)據(jù)轉發(fā)或路由發(fā)現(xiàn)等功能，占用的資源較少，成本較低。在由ZigBee設備構成的無線傳感器網(wǎng)路中，至少要有一個全功能設備做為整個網(wǎng)絡的主協(xié)調器，它相對于其他的全功能設備具有更強大的功能，例如超大的存儲空間、大功率的收發(fā)機等等。它的功能也是最強大的，是整個網(wǎng)絡的控制核心，由它來組織整個網(wǎng)絡，比如發(fā)送信號、添加或刪除節(jié)點、接收并儲存其他設備發(fā)送來的數(shù)據(jù)等等。在一個大型的無線傳感器網(wǎng)絡中，只有合理的搭配使用全功能設備和精簡功能設備，這樣才能使系統(tǒng)的成本達到最小化。2.5 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構Zig

32、Bee 技術支持三種網(wǎng)絡的拓撲結構，分別是星型網(wǎng)絡、樹型網(wǎng)絡和網(wǎng)狀的拓撲結構。在星型的網(wǎng)絡拓撲結構中，主要由一個主協(xié)調器和若干個從設備組成，如圖 2.3所示。主協(xié)調器負責建立與維護網(wǎng)絡，它一般是全功能設備。其他從設備則直接與 主協(xié)調器通信，一般是精簡功能的設備。星型網(wǎng)絡比較簡單，覆蓋面積比較小， 實際應用的也非常的少。圖2.3 星型網(wǎng)絡拓撲結構圖對于樹簇型網(wǎng)絡來說，比較適合分布圍比較大的場合。如圖2.4 所示，處于網(wǎng)絡最末端的稱為“葉”節(jié)點，它們是網(wǎng)絡中的終端設備。若干個葉節(jié)點設備連接在一個全功能設備FFD上形成一個“簇”，若干個“簇”再連接成“樹”，故稱為樹簇形 拓撲網(wǎng)絡。在這種網(wǎng)絡中，一般

33、只有一個主協(xié)調器，由它來負責建立網(wǎng)絡、維護設備等等，它具有更多的資源。其它的子設備既可以作為終端也可以作為路由器來使用，實際上樹簇狀網(wǎng)絡就是對星型網(wǎng)絡的一種擴展。圖2.4 樹簇狀網(wǎng)絡拓撲結構圖網(wǎng)狀的拓撲結構如圖2.5所示。它也具有一個主協(xié)調器，但是網(wǎng)絡中的任何一個設備都可以與之進行通信。這種結構可以構成比較復雜的網(wǎng)絡結構，如網(wǎng)格網(wǎng)絡結構。在這種網(wǎng)絡結構中設備之間傳輸數(shù)據(jù)時，可以通過路由轉發(fā)的形式，以增大網(wǎng)絡的覆蓋面積。它具有一定的自愈能力，當某條路徑出現(xiàn)問題時，設備會自動搜尋下一條可用路徑。適合于建立大型的無線網(wǎng)絡。圖2.5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結構圖2.6 ZigBee技術應用前景隨著無線通信技術、

34、微電子技術、計算機技術的快速發(fā)展，大力推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微小體積能夠集成信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信等多種功能。ZigBee 就是這樣的一種技術，在監(jiān)測區(qū)域部署大量的廉價微型 ZigBee節(jié)點，通過無線通信的方式形成一個多條的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過協(xié)作、感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中應用對象的信息，并發(fā)送給觀察者以供監(jiān)測。實際上，這種無線傳感器網(wǎng)絡改變了信息世界同客觀上的物理世界的聯(lián)系，將它們?nèi)诤显诹艘黄?，改變了人與自然的交互方式。 未來移動通信網(wǎng)絡除了以低成本實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸外，還要求在無專用通信基礎設施的場景下，網(wǎng)絡應該具有自適應性和生存能力，無線傳感器網(wǎng)絡恰好滿

35、足上述要求，所以無線傳感器在未來的通信網(wǎng)絡中會起到越來越重要的地位。 最近幾年，ZigBee 技術越來越受到的業(yè)人士的關注，在市場上越來越多的產(chǎn)品開始涌現(xiàn)。據(jù)無線數(shù)據(jù)研究小組統(tǒng)計，2007 年ZigBee產(chǎn)品在市場上的收益可達到80多億美元，到了2009年，基于IEEE802.15.4規(guī)的無線網(wǎng)絡的市場翻了一番，產(chǎn)品量達到1.5億件產(chǎn)品。相比之下，我國的ZigBee技術發(fā)展的比較緩慢，市場占有率不大，相關企業(yè)不是很多，但是在一些無線抄表，家庭娛樂上還是有一定的應用的。 相信，在不久的將來，作為新興的短距離無線通信技術，ZigBee產(chǎn)品將以各種各樣的方式快步向我們走來，成為人類生活中不可或缺的一

36、部分。第三章 溫度傳感器終端設計3.1 溫度傳感器終端設計的基本原則在設計過程中主要有以下幾個原則： l 高精度。在多數(shù)的實驗室中，溫度都是比較敏感的環(huán)境指標，因此就要求傳感器終端的對溫度變化的靈敏度與其精度要足夠高。 l 低成本。在多數(shù)情況下，終端所監(jiān)測的環(huán)境圍比較廣，特別是在某些大型實驗室，要求布置的終端個數(shù)較多，因此考慮單個終端的成本尤為重要。l 低功耗。低功耗也是傳感器終端非常重要的性能指標之一，因為終端一般都是采用電池供電，而且經(jīng)常放在一些環(huán)境比較復雜，不宜經(jīng)常更換的地方。這就要求終端的功耗要低，盡可能的延長電池的使用壽命，進而延長了整個系統(tǒng)的使用壽命。l 設備簡單。設計傳感器終端應

37、當?shù)谋M可能小，以便其安裝，更能減低成本。3.2 溫度傳感器終端總體設計方案由于考慮到該終端要具有高精度、低功耗、設備簡單等特點，所以微處理芯片將直接選取 Chipcon 公司生產(chǎn)的世界上首個真正的單芯片ZigBee解決方案CC2430作為終端的核心。將采用模塊式的設計方案，終端包括微處理器模塊（集成了無線射頻模塊）、數(shù)據(jù)采集模塊以與電源模塊。傳感器終端的主要工作是將溫度傳感器測量出的溫度信息，經(jīng)過微處理芯片的處理，在經(jīng)過無線射頻部分將信息傳送出去給協(xié)調器節(jié)點進行實時監(jiān)測。圖3.1 設備終端模塊3.3 終端硬件設計3.3.1 射頻收發(fā)芯片CC2430出自挪威Chipcon公司，是一款真正符合IE

38、EE802154標準的片上ZigBee產(chǎn)品。該芯片延用以往CC2420芯片的結構，在單個芯片上集成ZigBee射頻(RF)前端、存和微控制器。它使用一個8位MCU(8051)，具有3264128 kB可編成閃存和8 kB的RAM，還包含模數(shù)轉換器(ADC)、幾個定時器、AES-128安全協(xié)處理器、看門狗定時器、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路、掉電檢測電路。CC2430還有21個可編程的I/O口引腳，PO、P1口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。通過軟件設定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的IO口或作為連接ADC、計時器或USART部件的外圍設備IO口使用。

39、其IO口引腳功能如下：16腳(P12P17)：具有4 mA輸出驅動能力；8，9腳(P10，P11)：具有20 mA的驅動能力；1118腳(P0OP07)：具有4 mA輸出驅動能力；4346，48腳(P20P24)：具有4 mA輸出驅動能力。圖3.2 CC2430外部接口電路圖可使天線性能路使用一個非平衡天線,連接非平衡變更好。電路中的非平衡變壓器由電容C341和電感L341、L321、L331以與一個PCB微波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50 )的要求。部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R221和R261為偏置電阻，電阻R221主要用來為32 MHz的晶振提供一個

40、合適的工作電流。用1個32 MHz的石英諧振器（XTAL1）和2個電容（C191和C211）構成一個32 MHz的晶振電路。用1個32.768 kHz的石英諧振器（XTAL2）和2個電容（C441和C431）構成一個32.768 kHz的晶振電路。電壓調節(jié)器為所有要求1.8 V電壓的引腳和部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容,用來電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。圖3.3 CC2430部功能圖CC2430芯片采用018 pm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特

41、性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。 其特點主要有以下幾個方面： l 一個加強型的工業(yè)級的8051微處理器，具有極低的功耗，更快的運行速度。 l 部集成了一個直接序列擴頻的射頻收發(fā)器(DSSS)。 l 支持載波偵聽多點接入（沖突檢測）(CSMA-CA)。由于無線產(chǎn)品適配器不易檢測信道 中是否存在沖突，通過沖突檢測后，一方面可以查看介質是否空閑，一方面可以 避免信號的沖撞，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 l 功耗低。在接收的模式下，其損耗低于27mA；在發(fā)射模式下，其電流損耗低于25mA；在掉電模式下，損耗只有0.9A；掛起方式下，電流損耗更是小于0.6A。 l 片上資源豐富。CC2430部集成了電池

42、監(jiān)視器、看門狗定時器、溫度傳感器、2個串行收發(fā)模塊（USART）等等。3.3.2 溫度采集芯片 DS18B20 介紹DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms完成9位和12位的數(shù)字量,并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫,溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電,而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結構更趨簡單

43、,可靠性更高.他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進,給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20的特點:l 獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時,僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；l 在使用中不需要任何外圍元件；l 可用數(shù)據(jù)線供電電壓圍+3.0+5.5V；l 測溫圍:-55+125,固有測溫分辨率為0.5；l 通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；l 用戶可自設定非易失性的報警上下限值；l 支持多點組網(wǎng)功能：多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實現(xiàn)多點測溫;l 負壓特性：電源極性接反時，溫度計不會因

44、發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。圖3.4 DS18B20引腳圖DS18B20 有三只引腳，VCC，DQ，和VDD。圖3.5 DS18B20外部連接而HJ-2G 板子上，采用了外部供電的方式，而總線必須上拉電阻。這一目的告訴我們，一線總線在空置狀態(tài)時，都是一直處于高電平。圖3.6 DS18B20部寄存器DS18B20 的部有64 位的ROM 單元，和9 字節(jié)的暫存器單元。64 位ROM 包含了DS18B20 唯一的序列號（唯一的名字）。3.3.3 協(xié)調器節(jié)點的硬件設計協(xié)調器節(jié)點和上位PC機相連接，并和終端節(jié)點無線傳輸數(shù)據(jù)。協(xié)調器是實現(xiàn)組星型網(wǎng)的關鍵。協(xié)調器節(jié)點由電源模塊、電壓轉換模塊、按鍵模塊、串口

45、模塊、LED指示燈、處理器 CC2430模塊、天線模塊7部分組成。CC2430的工作電壓為 33.3 V，所以要用電壓轉換模塊把電壓從5 V降低到 3.3 V左右；用戶通過按鍵來選擇功能菜單，確定采集哪個監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)。處理器處理采集的數(shù)據(jù)后，通過串口模塊傳給上位機，進行進一步處理。協(xié)調器節(jié)點的應用電路如圖3.7所示。圖3.7 協(xié)調器節(jié)點應用電路圖3.3.4 傳感器節(jié)點的硬件設計傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器CC2430模塊、天線模塊、電源模塊、電源管理模塊、功率放大模塊、LED指示燈部分組成。LED指示燈由 P1_0口控制，LED用來顯示現(xiàn)在節(jié)點的網(wǎng)絡狀態(tài)。電源模塊主要給處理器和電源管理模塊

46、供電。當需要采集數(shù)據(jù)時由P0_0口選通電源管理模塊，電源管理模塊就可以給傳感器模塊和功率放大器模塊供電了。傳感器模塊負責采集監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，傳感器采集的數(shù)據(jù)信號放大后給處理器進行下一步處理。處理器模塊先把采集的數(shù)據(jù)信號進行模數(shù)轉換，然后進行處理，處理后的數(shù)據(jù)由天線發(fā)出。圖3.8 傳感器節(jié)點結構3.3.5 上位機與協(xié)調器節(jié)點硬件電路設計（1）JTAG程序調試接口CC2430提供了一個JTAG程序調試接口，用于用戶連接仿真器調試程序和仿真使用。圖3.9 JTAG電路原理圖（2）RS232接口RS232接口是一種常用于同PC機通信的接口，我們可以編寫簡單的串行程序使CC2430通過串口與PC機完成通

47、信。其電路原理如下圖3.10 RS232電路原理圖3.3.6 系統(tǒng)電源設計由于USB接口提供的是5V電源，而CC2430的工作電壓為3.3V，所以對電源需要設計5V轉3.3V電路，其原理圖如下：圖3.11 系統(tǒng)電源原理圖3.4 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)的軟件由數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端程序組成，均包括初始化程序、發(fā)射程序和接收程序。初始化程序主要是對單片機、射頻芯片、SPI等進行處理；發(fā)射程序將建立的數(shù)據(jù)包通過單片機SPI接口送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進行處理。圖3.12 數(shù)據(jù)采集段軟件流程圖3.13 數(shù)據(jù)接收端軟件流程圖3.14 系統(tǒng)軟件流程第四章 地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)4.1 總

48、體方案設計該系統(tǒng)采用樹狀無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)只有一個網(wǎng)絡協(xié)調器，若干個路由器節(jié)點與若干個RFD節(jié)點。網(wǎng)絡協(xié)調器安裝在有人值守的監(jiān)控室，負責建立網(wǎng)絡和管理網(wǎng)絡，并顯示當前整個網(wǎng)絡的狀況，且把收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機中。RFD負責安裝在各個地鐵站的不同位置中，負責采集溫度值，然后定期或有中斷時，把數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡協(xié)調器。監(jiān)控人員在控制室通過顯示器就可以對地鐵站溫度進行監(jiān)視，無須到地鐵站溫度測量現(xiàn)場。RFD節(jié)點有CC2430、溫度傳感器和天線組成。節(jié)點通過溫度傳感器DS18B20檢測所處環(huán)境的溫度，然后通過天線發(fā)送給網(wǎng)絡協(xié)調器。溫度傳感器使用DS18B20，特別適合于廉價，小尺寸的應用中。溫度數(shù)據(jù)從部溫度

49、敏感元件轉換而來，分辨率高達0.1。為了減少對其他設備和系統(tǒng)的干擾和影響，在保證設備能夠正常地工作的條件下，每個設備的發(fā)射功率應盡可能地小。通常，ZigBee的發(fā)射功率在0+10 dBm，通信距離圍為100m，可擴大到約300 m，其發(fā)射功率利用設置的相應服務原語進行控制。本設計中RFD節(jié)點的最小發(fā)射功率為-3 dBm。在網(wǎng)絡協(xié)調器端，為保證設備能正常接收到RFD節(jié)點發(fā)射的信號，其有用信號不能太大，否則，將造成接收信息堵塞，不能正常地接收。通常接收端的有用信號的最大輸入電平就是有用信號的最大功率值，本設計接收機的最大輸入電平值為-20 dBm。本系統(tǒng)軟件包括傳感器節(jié)點程序，匯聚節(jié)點程序和計算機

50、程序三部分。其中，計算機程序是上位機程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和在 SQL server2000數(shù)據(jù)庫中的存儲、調用。傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點程序是前端ZigBee網(wǎng)絡的開發(fā)程序，這兩部分程序相互配合，共同完成了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和對網(wǎng)絡的管理，是軟件編制的重點。傳感器節(jié)點程序主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。根據(jù)安放的位置，它還可以成為一個路由節(jié)點，實現(xiàn)消息的中繼轉發(fā)。匯聚節(jié)點是ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)調器，是網(wǎng)絡的控制中心。它的程序一方面負責網(wǎng)絡的配置和管理，包括定義通信信道、網(wǎng)絡標識符 (PANID)，配置網(wǎng)絡的profile，響應節(jié)點加入網(wǎng)絡的請求和綁定請求，為其他節(jié)點分配網(wǎng)絡地址、維護路由表等

51、；另一方面還接收各傳感器節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，將其進行匯合整理后傳給計算機。圖4.1 樹簇型網(wǎng)絡結構圖4.2 下位機軟件程序的開發(fā)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中高效的傳輸是前端ZigBee網(wǎng)絡程序開發(fā)的最終目的。本節(jié)將以傳感器采集上來的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸為主線，介紹數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收等程序模塊的開發(fā)。在網(wǎng)絡中,每個節(jié)點都有一個固定的地址。連接于監(jiān)控主機的傳感器節(jié)點是一個特殊的節(jié)點，它采用串行接口與監(jiān)控主機通信。數(shù)據(jù)的傳送采用主從站方式,與監(jiān)控主機連接的節(jié)點作為主站，控制網(wǎng)絡的通信時序；其他節(jié)點作為從站,可以被主站尋址。主節(jié)點主要完成采集各從節(jié)點數(shù)據(jù)，進行預處理；從節(jié)點主要完成各種傳感器原始數(shù)據(jù)的采集工作。溫

52、度信息的采集一般分為兩種情況，一種是自動采集，一種是手動采集。自動采集是靠終端的定時器來完成的，將定時器設定一個初值后，便啟動定時器，當?shù)竭_定時值時便觸發(fā)中斷，開始測量溫度值，測量完成后通過射頻部分將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，之后終端進入低功耗模式，定時器重裝，繼續(xù)計時，循而往復，實現(xiàn)自動采集；手動采集則是由協(xié)調器發(fā)出查詢指令給指定終端，終端識別出是給自己的指令后立即開啟傳感器，進行溫度數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)處理后立即上傳給協(xié)調器，實現(xiàn)手動采集。4.3上位機程序設計 本系統(tǒng)中，上層管理軟件采用3層C/S模式,實時對傳感器網(wǎng)絡送來的數(shù)據(jù)進行處理，形成用戶最終關心的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。局域網(wǎng)的終端用戶在經(jīng)過授權后，可以讀

53、取監(jiān)控主機上的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程的監(jiān)測。監(jiān)控應用軟件還對傳感器網(wǎng)絡中的每個節(jié)點進行跟蹤管理。對于監(jiān)控到的異常情況，上層管理軟件使用聲光、短信、實時報警方式?？娠@示參數(shù)列表、實時曲線圖(對應具體數(shù)值并任意調整坐標)、實時數(shù)據(jù)、折算數(shù)據(jù)、累計數(shù)據(jù)、歷史、報警畫面、報表等多種顯示。統(tǒng)計功能可根據(jù)用戶需求具體設計。在編寫完ZigBee網(wǎng)絡的開發(fā)程序之后，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)就可以傳至計算機了。計算機上的程序通過RS-232串口讀取匯聚節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進行處理后顯示在計算機屏幕上，并將處理結果保存在SQLServer2000數(shù)據(jù)庫中。所以計算機程序的開發(fā)工具必須支持對串口的讀寫操作和對 SQLserve

54、2000數(shù)據(jù)庫的訪問并具備較強的數(shù)據(jù)處理能力。微軟公司的Visualc6.0能夠滿足上述要求，所以計算機端的程序是在VC6.0這個平臺上進行開發(fā)的。其功能主要包括多節(jié)點數(shù)據(jù)的實時顯示，單節(jié)點數(shù)據(jù)的動態(tài)曲線顯示，實時數(shù)據(jù)存儲，歷史數(shù)據(jù)的查詢和對傳感器節(jié)點工作模式的控制。4.3.1計算機串口驅動程序VC+提供了一種ActiveX控件訪問計算機串口的方式。ActiveX控件技術是國際上通用的基于Windows平臺的軟件技術，許多軟件都采用此種方式開發(fā)。VC+提供了一個專門用于串口操作的ActiveX控件MSCOmm。利用MSCOmm訪問串口時，首先向工程中插入一個MsCOmm控件，然后為其關聯(lián)一個控

55、件變量m_ctrlComm。之后，就可以利用 m_ctrlComm的成員函數(shù)設置串口屬性，對串口進行讀寫操作了。在程序中使用計算機的串口1進行數(shù)據(jù)的讀寫，波特率設置為115200。4.3.2數(shù)據(jù)的實時顯示為提供一個友好的人機交互界面，使工程師能與時查看ZigBee網(wǎng)絡上傳的數(shù)據(jù)，計算機程序實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在屏幕上的實時顯示。顯示模式分為兩種，一種是多節(jié)點數(shù)據(jù)同時顯示，另一種是單節(jié)點數(shù)據(jù)的實時動態(tài)曲線顯示。多節(jié)點模式將ZigBee網(wǎng)絡中所傳感器節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)顯示在一個對話框中。4.3.3數(shù)據(jù)存儲和歷史數(shù)據(jù)的查看ZigBee網(wǎng)絡布置完成后，大量傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)上傳至計算機，計算機程序應該保證這些數(shù)據(jù)的與

56、時存儲，為以后的數(shù)據(jù)查詢和處理提供方便。SQLserver2000是一種功能強大的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)表的形式存儲在其中，具有使用方便、可伸縮性好、與相關軟件集成程度高、安全性高等優(yōu)點，是海量數(shù)據(jù)存儲的一種上佳選擇。所以，設計軟件時選擇了SQLserver2000實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的存儲。程序采用了OLEDB技術訪問 SQLserver2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)程序首先使用SQLserver2000建立一個數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點數(shù)目建立若干個數(shù)據(jù)表。然后利用ADO對其編程，把不同傳感器節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)按照其網(wǎng)絡地址實時地存儲在數(shù)據(jù)庫的各個數(shù)據(jù)表中。存儲容包括數(shù)據(jù)采集時

57、間、傳感器節(jié)點地址、環(huán)境參數(shù)值和電池電壓值。4.4無線網(wǎng)絡的組建與數(shù)據(jù)傳輸4.4.1 樹簇網(wǎng)組網(wǎng)設計ZigBee 支持三種網(wǎng)絡拓撲結構，星形、樹簇形與網(wǎng)絡型。每一個 ZigBee 設備 都有一個唯一的 64 位 IEEE 地址，并可用這個地址在低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域 網(wǎng)（簡稱 PAN）中進行通信，但是當終端和主協(xié)調器建立連接后會自動分配一個 16 位的短地址，此后就會用這個短地址在 PAN 中進行通信。 由于考慮到在實驗室這種分布圍相對較大的環(huán)境中建立網(wǎng)絡，我們將選擇 樹簇形的網(wǎng)絡拓撲結構。在建立這樣一個低數(shù)據(jù)傳輸速率的無線個域網(wǎng)時，其大體的流程如下，首先要啟動主協(xié)調器的 PAN 建立，它會選擇一個 PAN 標示符，將自身的短地址設置為0，然后開始向與它鄰近的設備發(fā)送信標，告訴其他設備現(xiàn)在可以連接網(wǎng)絡了。這也就形成了樹簇網(wǎng)絡的第一級。協(xié)調器與這些終端設備構成了父子關系，并在終端設備加入網(wǎng)絡時為其分配一個唯一的 16 位短地址。如果某些終端要具備路由功能的話，還要為其分配一個地址塊（包含若干個 16 位短地 址）。具有路由功能的終端在接受到主協(xié)調器信標信息后，就會開始配送自己的信標，允許自己的子設備加入網(wǎng)絡，子設備也可以有自己的子設備，這樣便形成了多級樹簇形結構的網(wǎng)絡。圖4.2 樹簇狀網(wǎng)絡工作流程圖