5.1 CC2530 ................................................................................................. 28 5.2 传感器 .................................................................................................. 29 5.3 基于自组网的多节点温度采集 .......................................................... 31 5.4 PC机串口无线控制终端节点 ............................................................. 32 结论 ....................................................................................................................... 33 参 考 文 献 ......................................................................................................... 35 致 谢................................................................................................................ 37
IV
基于ZigBee技术的传感器无线信息采集
基于ZigBee技术的传感器无线信息采集
第1章 绪论
1.1 课题背景
近些年来，无线通信业正处于上升阶段，并且一直追求研发高速、可靠的宽带无线通信技术，高速无线通信技术和产品可谓层出不穷，并且通信速率不断提升，距离也不断增加，市场的导向使人们对高速无线通信技术更加“偏爱”，而低速无线通信领域却受到了一些冷遇。但是，无线通信技术广泛应用于诸多领域，很多应用场合如工业控制、无线监测、无线传感网络、家居无线监控等，所要求的通信速率并不是很高，然而在成本控制、设备体积大小、设备功耗等方面的要求较为严格，甚至是苛刻[1]。
随着物联网的发展，一种集无线通信、传感器、网络三大技术与一体的信息获取与处理技术应用愈发广泛，无线传感网络也在这种情况下应运而生。随着信息时代的到来，现代通信技术加速发展，传统通信方式的弊病也渐渐暴露，无线组网方式具备较短的安装周期、不需要额外布线、便于迁移、后期方便维护等优势，必将作为未来社会发展的一种趋势，同时也会极大地促进科学领域的发展，给人们的未来生活带来重大变革。
我们所熟知的蓝牙、射频技术已经在生活中得到了较多的应用，介于蓝牙和射频之间、被誉为未来十大技术之一的ZigBee技术也因其低成本、低功耗、稳定性高而被人们熟知并且深入应用到智能家居、工业自动化等领域。ZigBee技术从诞生不过仅仅十几年时间， 2002年，英国Invensys、美国Motorola、日本三菱电器、荷兰Philips等几家公司联合成立了ZigBee联盟，致力于共同推进ZigBee技术的发展。ZigBee联盟在2004年底公布了其1.0版本标准。之后不到两年的时间，ZigBee联盟已经从最初的十几家公司发展到有全世界150多家知名厂商加盟的商业团体。由于受到了诸多厂家的亲睐和追捧，ZigBee技术正处在其发展的黄金时期，呈现出蓬勃发展的态势。
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1.2 ZigBee发展现状
ZigBee技术在生活中的应用非常广泛，主要应用在现阶段的是自动化、智能家居、商业大厦的控制、仪表控制等。商业建筑可以使用分布在每一个角落的ZigBee模块实现自动控制，实时有效地监测室内空调、照明、消防感应系统开关状态，达到节省人力成本、提高资源利用率的目的。在智能家居应用中，接有传感器的ZigBee可实时地监控家中的整体运作，除了可以实时检测水电、瓦斯的使用情况外，亦可以在第一时间出现危险或者发生异状的情况下进行报警或通过其他方式发送警报，极具安全功能。近年来全球仪表领域领导者中国华立以及韩国努里电信等不断深入ZigBee技术仪表控制系统领域，ZigBee仪表控制的市场呈现了蓬勃发展的态势。ZigBee仪表控制系统低功耗、低成本的优点使得其能够相当适应人力成本高、范围大等水电、瓦斯仪表等所在区域，避免了人工操作危险、精度差等情况的发生[2]。这种情况下的ZigBee仪表控制就有了相当的市场。
尽管ZigBee在工业领域应用越来越多，核心芯片出货量也与日俱增，纵观整个ZigBee市场，基于ZigBee应用的产品依旧处于起步摸索阶段，尚未真正起飞，主要体现在面向消费者的应用产品尚属于研发阶段，真正出现在市面上的少之又少，缺乏在典型领域和方向上的应用产品，体现ZigBee技术优势的网状拓扑型网络应用少，大型ZigBee网络应用很难见到。
尽管ZigBee发展的道路上诸多坎坷，但是随着技术的成熟和完善，ZigBee应用产品在将来已然能够让我们有所期待，技术上讲，ZigBee技术在物联网大概念的大趋势下，将扮演着举足轻重的角色，尤其在ZigBee联盟对其应用领域的不断推进，ZigBee技术已经集中在片上系统（SOC），开发新一代的网络技术与IPv6标准体系，更加完善，以更便宜的价格，低功耗，更快的发展。
纵观中国市场，由于我国无线网络市场的发展依然处在起步阶段，加上本土厂商参与有限，ZigBee产品爆发应用的条件尚未成熟，ZigBee的应用也相当有限，但是随着未来投入到ZigBee产业人士的增多，已在无线自动抄表系统、智能家居、车辆无线等工业应用上小有成效。
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1.3 论文的主要工作
第1章绪论。介绍了课题研究的基本背景，概述国内外ZigBee技术的发展状况，阐述了探究方法。
第2章ZigBee技术。简要介绍了ZigBee技术的原理特点，组网方式及系统体系结构，介绍了各层的主要任务和功能。
第3章ZigBee网络层规范。对ZigBee网络层进行着重研究，包括其拓扑结构、服务规范以及帧格式，并介绍了常用路由算法。
第4章软件部分设计。介绍了软件开发环境，在了解ZigBee协议栈的基础上，完成温湿度采集、无线对节点的控制实验的软件设计。并完成了部分重要代码的书写。
第5章硬件部分。通过查询常见传感器的硬件接口电路，对温湿度传感器信息采集传输和串口无线控制节点LED亮灭实验硬件部分进行设计。
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第2章 ZigBee技术
2.1 ZigBee技术简介
ZigBee通信标准的设计基于IEEE 802.15.4协议。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是利用飞行中“嗡嗡”（Zig）振动翅膀的“舞蹈”与同伴分享花粉的位置，一群蜜蜂通过这样的“一对多”形式的通信方式组成了最简单的通信网络。这种肢体语言便是zigzag舞蹈，作为新一代无线通讯技术ZigBee借此命名。因为属于无线通信领域，ZigBee技术标准规定了三个使用频率2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）、915MHz（美国），传输速率分别对应于 250kbit／s，20 kbit／s，40 kbit／s。
与CDMA和GSM网络相似的是，ZigBee模块在网络中的角色相当于蜂窝网络的基站，与移动网络不同的是，ZigBee网络主要应用是工业领域完成数据传输和采集以达到实时监测控制的目的，例如利用ZigBee节点所连接的湿度传感器，可以实现对区域内各个点的湿度采集。每个ZigBee节点亦可在自身射频覆盖范围内与多个孤立子节点进行无线连接，这些节点不承担网络信息中转任务[3]。
2.2 ZigBee的技术特点
目前，较为常用的无线通信技术主要有红外数据通信（IrDA）、蓝牙（Bluetooth）、无线局域网Wi-Fi、超宽带（UWB），主要性能指标见表2.1。
表2.1 常用无线通信技术参数
通信种类 ZigBee IrDA Bluetooth Wi-Fi UWB
频段 2.4GHz —— 2.4GHz 2.4GHz 3.1GHz-10.6GHz
距离 10-75m 1m 1-10m 1-100m 10m
速率 10-250kbps 1-4Mbps 1Mbps 10Mbps 1Gbps
功耗 低 中 高 高 低
节点 255 2 7 32 100+
优点
低沉本、可靠性高、低功耗
短距离、低成本 短距离、易操作 便携性、高速、适应性强
分辨率高
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