ZigBee无线传感器毕业论文

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目录

摘要 ....................................................................................................................... III ABSTRACT ............................................................................................................ IV 第一章 前言 ............................................................................................................ 1

1.1 传感器网络的发展 ...................................................................................... 1 1.2 研究ZigBee无线传感器网络的必要性 ...................................................... 1 1.3 本文主要内容和结构 .................................................................................. 2 第二章 无线传感器网络及ZigBee技术 ................................................................. 3

2.1 无线传感器网络概述 .................................................................................. 3 2.2 无线传感器网络体系结构 .......................................................................... 4

2.2.1 无线传感器网络结构 ........................................................................ 4 2.2.2 无线传感器节点结构 ........................................................................ 5 2.3 无线传感器网络关键技术 .......................................................................... 6 2.4 ZigBee技术概述.......................................................................................... 8

2.4.1 ZigBee技术发展概况 ......................................................................... 8 2.4.2 ZigBee技术特点及应用 ..................................................................... 8 2.4.3 ZigBee技术与其他技术的比较 ........................................................ 10 2.5 ZigBee协议架构......................................................................................... 11 2.6 ZigBee的网络配置 .................................................................................... 12 第三章 ZigBee无线传感器及数据采集的方案设计与实现 ................................... 15

3.1 基于ZigBee的无线传感器网络总体设计方案 ......................................... 15

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3.2 平台硬件与软件设计 ................................................................................ 15

3.2.1 开发平台的选择 .............................................................................. 15 3.2.2 TSZ-CC2430开发平台介绍 ............................................................. 16 3.2.3 开发环境介绍 .................................................................................. 16 3.2.4 协议栈软件设计 .............................................................................. 17 3.3 数据采集系统组网设计 ............................................................................ 17

3.3.1 ZigBee星型网的组网设计与实现 .................................................... 17 3.3.2 ZigBee簇树网的组网设计与实现 .................................................... 23 3.4 传感器网络数据采集模块（功能模块）的设计 ....................................... 28

3.4.1传感器的选择 ................................................................................... 28 3.4.2 传感器数据采集流程 ...................................................................... 29 3.5 终端节点低功耗设计与测试 ..................................................................... 34

3.5.1 终端节点电池的选择 ...................................................................... 34 3.5.2 终端节点低功耗软件设计 ............................................................... 34

第四章 基于无线传感网络数据采集的应用 .......................................................... 37 第五章 结束语 ...................................................................................................... 40 参考文献 ................................................................................................................ 41 致谢 ....................................................................................................................... 42

II

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基于无线传感网络的数据采集系统设计

摘要

无线传感器网络是当今国际备受关注的热点领域，被评为未来高科技的三大产业之一。而IEEE 802.15.4/ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，十分适合担当组织无线传感器网络的重任，有着极其重要的研究价值。

本文全面深入地对无线传感器网络以及IEEE 802.15.4/ZigBee标准做了研究分析，并把ZigBee技术同其他技术做了比较，重点对ZigBee网络的组网进行剖析，深入研究ZigBee技术的组网方式，给出了基于ZigBee的无线传感器网络的总体设计方案。并结合TSZ-CC2430 ZigBee开发套件，以IEEE 802.15.4/ZigBee协议为基础，设计实现了小型ZigBee星型网和簇树网。

本文采用SHT1x温湿度数字传感器进行数据采集，在已组建的ZigBee星型网的基础上，从终端节点角度考虑网络的低功耗问题，提出了节点的低功耗软件设计。

本文通过对ZigBee无线传感器网络数据采集系统的设计与实现，完成了小型ZigBee无线传感器网络的搭建、温湿度传感器数据的传输和传感器采集数据的管理，得到了良好的结果。

关键词:ZigBee 无线传感器网络 IEEE 802.15.4 传感器数据采集

III

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Design of Data Acquisition System based on

Wireless Sensor Network

ABSTRACT

Nowadays, wireless sensor networks attracts more and more attentions in the front edgetechnology, which is appraised as one of the three future high-tech industries. IEEE802.15.4/ZigBee technology,, with the characters of low-complication, low-power, low-data-rate, and low-cost, is suitable to take onthe task of building the wireless sensor networks. Thus ZigBee has an extremely importantworth for reaserch.

This paper deeply analyzes wireless sensor networks and IEEE 802.15.4 /ZigBee standard, especially in the building of ZigBee networks. It expounds some key points in themanner of building ZigBee networks, like the establishment and maintenance of networks, theflow of device joining the networks. Moreover, it designs and realizes a mini start networkand cluster-tree network with the ZigBee development suite TSZ-CC2430 based on the IEEE802.15.4/ZigBee protocol.

This paper adopts the SHTlx temperature and humidity digital sensors to acquire data,and designs the low-power manner for endpoint in the ZigBee start network built before.

This paper designs and implements a system of data acquisition for wireless sensornetworks, with the building of ZigBee wireless sensor networks, the transmission oftemperature and humidity sensor data, and the database management of these data. It predictsthe endpoint lifetime, and verifies the results with the measurement in practice as well.

Key Words: ZigBee Wireless Sensor Networks IEEE 802.15.4 Sensor Data Acquisition

IV

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第一章 前言

1.1 传感器网络的发展

当今世界信息技术飞速发展，给人们的工作和生活带来了巨大影响。信息技术产业链和应用环节的第一步是信息的获取，它直接关系到信息的传输、处理和应用。传感器技术是信息获取的最重要、最基本的技术。随着获取信息要求的提高，传感器获取技术从单一化到集成化、微型化，进而智能化、网络化，形成智能传感器网络。并且随着无线网络的发展，融合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的无线传感器网络技术也应运而生。

无线传感器网络是一种独立出现的网络，它的基本组成单位是无线传感器节点，这些节点集成了传感器、微处理器、无线接口和电源管理四个主要模块。传感器、微机电系统(MEMS)、集成电路、以及低功耗无线通信等技术的飞速发展，使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器网络的大规模应用成为可能，这些微型无线传感器是集成的光机电一体化系统，具有无线通信、数据收集和处理、协同工作等功能。它们共同组成了无线传感器网络，产生了一种全新的信息获取和处理模式。微型传感器节点可以随机或者特定地布置在工作环境中，通过无线通信实现自组织，获取周围环境的信息，形成分布自治系统，相互协同完成特定的任务。美国商业周刊和MTI技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术[1]和改变世界的10大技术之一[2]。

1.2 研究ZigBee无线传感器网络的必要性

无线传感器网络通常应用于军事、环境、楼宇控制、保健、交通等领域，针对无线传感器的应用背景，对其终端的要求是尽量节省系统能量消耗、尽量节省信息处理以及简易的信号收发。而对于无线传感器网络中的网络协议的要求是:用简洁的协议栈支持传感器网络的有效运行，使到处存在接入可能;利用广播信息，避免交互应答;简化的协议层次、简练的信令方式;节省的系统开销等。

ZigBee技术的产生正是基于无线传感器网络终端和网络协议的要求。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中。ZigBee协议是专用于无线传感器网络的通信协议，能最大可能的节省网络中能量，可随时接入

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