基于無線傳感網(wǎng)的豬舍有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)

1本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目: 基于無線傳感網(wǎng)的豬舍有害氣體監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計 姓 名: 稷哥 學 院: 工學院 專 業(yè): 農(nóng)業(yè)電氣化與自動化 班 級: 電氣 121 學 號: 指 導(dǎo)教師: 職稱: 教授 20 16 年 5 月 6 日南京農(nóng)業(yè)大學教務(wù)處制2目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words10緒論11研究背景及意義21.1課題研究背景及意義21.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3應(yīng)用前景32方案設(shè)計與實驗方法32.1總體方案設(shè)計32.2實驗方法42.2.1微處理器（MCU）42.2.2溫濕度傳感器42.2.3氣體傳感器52.2.4無線通信模塊63系統(tǒng)軟硬件設(shè)計83.1系統(tǒng)硬件組成83.2數(shù)據(jù)采集模塊93.2.1溫濕度傳感器103.2.2有害氣體傳感器103.3無線傳輸模塊124調(diào)試步驟及結(jié)果144.1調(diào)試步驟144.2調(diào)試結(jié)果145總結(jié)15致謝15參考文獻16附錄（程序清單）173基于無線傳感網(wǎng)的豬舍有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：在養(yǎng)豬業(yè)中，豬舍的環(huán)境優(yōu)劣對于生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)的意義十分重大。豬舍環(huán)境中的溫濕度和有害氣體的濃度對母豬的繁殖能力、崽豬存活率以及豬舍工作人員的身體健康都有很大的影響。是以，在實際生產(chǎn)中對于豬舍內(nèi)部的溫濕度以及有害氣體濃度信息實行監(jiān)測就顯得尤為重要。本文給出了一種以 STM32 微處理器以及 TI 公司 CC2530 無線射頻芯片為核心的基于 ZigBee 無線通訊技術(shù)的豬舍有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由兩大模塊組成，一個用于采集豬舍內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)，一個用于無線傳輸數(shù)據(jù)。微處理器將傳感器收集到的溫濕度、氨氣和硫化氫濃度的數(shù)據(jù)信息通過串口傳輸給終端節(jié)點上，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器上，再由串口傳輸?shù)缴衔粰C上顯示出來，從而完成豬舍有害氣體監(jiān)測無線網(wǎng)絡(luò)化。關(guān)鍵詞：STM32；ZigBee ；豬舍；有害氣體Piggery harmful gases monitoring system based on wireless sensor network designStudent majoring in Agricultural Electrification and Automation Abstract： In the pig industry, piggery environmental advantages and disadvantages of significant are import for the pig production. Healthy cub survival and reproductive capacity of the pig barn staff concentration in the environment of temperature and humidity and harmful gases sow pig has a great impact. Therefore, in the actual production for the pig inside temperature and humidity as well as the implementation of the monitoring of harmful gas concentration information is particularly important. In this paper, a kind of STM32 microprocessors and TIs CC2530 RF chip as the core of ZigBee wireless communication technology based on pig harmful gas monitoring system. System consists of two modules, one for collecting pig internal environmental data and one for wireless transmission of data. The microprocessor collects the temperature and humidity, ammonia and hydrogen sulfide concentration data from the sensor through the serial port to the terminal node, and then sent to the coordinator through the wireless network, and then transmitted to the host computer through the serial port to show up, thus completing the barn harmful gas monitoring wireless network.Key words: STM32；ZigBee；Piggery；Harmful Gas0 緒論隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展以及無線網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用,數(shù)據(jù)收集技術(shù)以及傳輸技術(shù)等也隨之高速發(fā)展。在這個信息時代，通信技術(shù)的重要性也越來越關(guān)鍵，而使用機動性強、便利性、成本低等優(yōu)點使得無線通信技術(shù)得到各行各業(yè)的青睞得到了長足的發(fā)展。如今工業(yè)和農(nóng)業(yè)調(diào)控現(xiàn)場以有線網(wǎng)絡(luò)占多數(shù)，但存在布線過于繁雜、維護成本高等弊端 1?；?ZigBee 無線傳感網(wǎng)的無線溫濕度、有害氣體濃度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本系統(tǒng)易于移動和操作，并且布線簡單，能夠無線采集傳輸數(shù)據(jù)，成本較低，克服了一些有線采集系統(tǒng)存在的缺點。1 研究背景及意義1.1 課題研究背景及意義隨著養(yǎng)豬業(yè)規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)模式的不斷推進,對豬舍內(nèi)部環(huán)境衛(wèi)生的好壞也產(chǎn)生了更高的標準 2。養(yǎng)豬業(yè)中豬舍的環(huán)境優(yōu)劣對于生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)的意義十分重大。在實際生產(chǎn)中，環(huán)境中的溫濕度和有害氣體的濃度對母豬的繁殖能力、崽豬存活率以及豬4舍工作人員的身體健康都有很大的影響。是以對豬舍中的溫濕度以及有害氣體濃度進行監(jiān)測具有重大意義。環(huán)境中的溫度對豬的繁殖能力、崽豬存活率等產(chǎn)生影響，有害氣體不僅對豬舍工作人員身體健康造成影響，而且影響豬的健康生長、誘發(fā)疾病以及提高料肉比等給養(yǎng)豬業(yè)帶來經(jīng)濟損失 3。并且養(yǎng)豬業(yè)在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的有害氣體不但對工作人員的身體健康造成傷害的同時，還對地球的大氣形成污染。是以在生產(chǎn)過程中在豬舍內(nèi)部進行有害氣體濃度監(jiān)測就顯得尤為重要。隨著養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)規(guī)模的大型化以及對有害氣體進行監(jiān)測的需要，如果還是采用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)收集傳輸系統(tǒng)，必將需要鋪設(shè)很多的通訊線路，耗費大量的人力物力等資源。并且有線收集傳輸系統(tǒng)存在機動性差、操作性不強以及不利于統(tǒng)一生產(chǎn)管理等缺點，已經(jīng)不適合如今越來越現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。而近年來，具有造價少、相對簡單、能耗較少、安全可靠、短距傳輸?shù)碾p向無線通訊技術(shù) ZigBee 技術(shù)迅猛發(fā)展，被廣泛應(yīng)用在智能家居、工業(yè)以及智能交通等范疇。是以如果將 ZigBee 技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)上必將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代產(chǎn)生良性的推進效果。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集傳輸?shù)臒o線化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說研究意義重大，具有極其可觀的前景。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程產(chǎn)生的有害氣體中含有很多溫室氣體，對全球氣候變暖起到極大的影響，目前已經(jīng)變?yōu)榈厍蜃兣闹饕：χ?4。因此人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程綠色化的關(guān)注日益變多，由此針對養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)過程的有害氣體監(jiān)測方法所進行的探索也越來越多。根據(jù)國內(nèi)外已有的研究和報道可知現(xiàn)在關(guān)于有害氣體濃度的檢測方式主要有嗅覺法、氣體探測管、接觸式傳感器法以及光學方法。接觸式傳感器包括半導(dǎo)體傳感器、電化學傳感器以及由它們構(gòu)成的電子鼻。光學方法包括非分光紅外光譜（NDIR） 、紫外差分吸收光譜（UV-DOAS） 、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和可調(diào)諧激光光譜（TDLAS） 5。但是在現(xiàn)實生產(chǎn)中人們?nèi)稳淮蠖噙\用嗅覺法來監(jiān)測豬舍中的具有難聞特性的有害氣體。此方法優(yōu)點為測量方便，但此方法缺點較為明顯，主要缺點為測量出的有害氣體濃度誤差較大。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有害氣體測量方法嗅覺法氣體探測管法接觸式傳感器法光學方法半導(dǎo)體傳感器電化學傳感器電子鼻傅里葉變換紅外光譜儀 （ F T I R ）紫外差分吸收光譜 （ U V - D O A S ）非分光紅外光譜 （ N D I R ）可調(diào)諧激光光譜 （ T D L A S ）圖 1-1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有害氣體的主要測量方法無線技術(shù)近年來發(fā)展迅猛，使得人們可以隨時隨地獲得和交換信息，并未人們的生產(chǎn)方式和生活帶來極大的便利。如今按照覆蓋范圍劃分的無線通信技術(shù)包括無線廣域網(wǎng) WWAN、無線城域網(wǎng) WMAN、無線局域網(wǎng) WLAN（WIFI） 、無線個域網(wǎng)WPAN（藍牙、ZigBee 和 UWB） 、無線體域網(wǎng) WBAN。ZigBee 通信技術(shù)屬于低速無線個域網(wǎng) LR-WPAN 范疇，通信距離一般是幾米到幾十米距離，速率一般是幾十 kbps。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供高可靠的通信質(zhì)量和高效能的網(wǎng)絡(luò)吞吐率不同，ZigBee 更5多的關(guān)注低數(shù)據(jù)傳輸速率。一般而言，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如訪問網(wǎng)頁、在線試聽等應(yīng)用，對響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸速度有著敏感性的要求。而 ZigBee 技術(shù)多用于控制家庭照明和采集環(huán)境信息等，這些應(yīng)用對數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高且數(shù)據(jù)量較少。ZigBee 的誕生和成長與兩個組織密不可分，這兩個組織分別是 IEEE 802.15 工作組織以及 ZigBee 聯(lián)盟。他們制訂了 IEEE 802.15.4 標準和 ZigBee 規(guī)范，也希望人們能夠遵守這些 ZigBee 標準和規(guī)范，以推動 ZigBee 技術(shù)的發(fā)展 6。目前，已有四百家芯片公司、無線設(shè)備開發(fā)商和制造商加入 ZigBee 聯(lián)盟。2003 年，IEEE 802.15 工作組織發(fā)布了適用于低速無線個人局域網(wǎng)（LR-WPAN）的 IEEE 802.15.4 協(xié)議標準，并定義了 MAC 層和物理層標準。如今 ZigBee 在國內(nèi)外都迅速發(fā)展，我國開展 ZigBee 研究的科研機構(gòu)主要有浙江大學、蘇州大學、東南大學等一些高校，目前大都還處于起步階段 7。1.3 應(yīng)用前景豬舍的內(nèi)部衛(wèi)生是制約生豬繁殖生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。保育豬舍哺乳豬舍要求氨氣濃度不高于 20mg/m3,硫化氫的濃度不高于 8mg/m3,二氧化碳濃度不高于 1300mg/m3，其他階段要求豬舍氨氣濃度不高于 25mg/m3，硫化氫濃度不高于 10mg/m3，二氧化碳的濃度理論上不高于 1500mg/m38。因此根據(jù)上位機顯示的有害氣體濃度， 豬舍工作人員及時了解豬舍內(nèi)部的有害氣體濃度是否超標以確定豬舍環(huán)境是否適合豬只的生長。如若有害氣體濃度超標即可及時采取正確的處理措施如及時通風等來將豬舍內(nèi)的有害氣體濃度降低以減少有害氣體對豬只以及豬舍內(nèi)的工作人員的身體造成不可挽回的傷害。因此對豬舍內(nèi)的有害氣體濃度進行監(jiān)測對禽畜業(yè)的發(fā)展將起到積極的發(fā)展推動作用。ZigBee 無線通訊技術(shù)是近年來新起的新興技術(shù)。因其機動性強、便利性、成本低等優(yōu)點使其得到各行各業(yè)的青睞而迅速發(fā)展，如今廣泛應(yīng)用在智能家居、工業(yè)以及智能交通等領(lǐng)域。現(xiàn)將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這個全新的領(lǐng)域必將給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來新的技術(shù)革命。ZigBee 無線通訊模式相比于傳統(tǒng)的有線通訊模式具有極其多的優(yōu)點，可以節(jié)省大量的人力物力資源，并且更加安全可靠。如今 ZigBee 無線通訊技術(shù)已經(jīng)初步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)、溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及精準灌溉等系統(tǒng)，并取得了一定的成果 9。但是 ZigBee 無線通訊技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的前景還遠遠不止現(xiàn)在開發(fā)的這些應(yīng)用，其更多的應(yīng)用還有待研究人員的持續(xù)開發(fā)。2 方案設(shè)計與實驗方法2.1 總體方案設(shè)計基于本系統(tǒng)終端節(jié)點個數(shù)有限，且各個終端設(shè)備裝備地點基本不變，是以采用星形網(wǎng)絡(luò)拓撲。此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點為包含一個 Co-ordiantor(協(xié)調(diào)器)節(jié)點和一系列的 End Device(終端) 節(jié)點。每一個 End Device(終端)設(shè)備只能和 Co-ordiantor(協(xié)調(diào)器)節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)主要分為兩個模塊，兩個模塊分別是數(shù)據(jù)采集模塊和無線傳輸模塊，兩部分合在一起組成了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 10。系統(tǒng)的設(shè)計方案是系統(tǒng)啟動后傳感器部分開始工作，傳感器部分將采集到的信息經(jīng) STM32 單片機串口傳輸?shù)綗o線模塊。根據(jù)程序設(shè)定的固定周期無線通訊模塊將信息傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器上然后再由串口傳輸?shù)?PC 端上顯示出來。系統(tǒng)組成框圖如圖 2-1 所示。本文所采用的監(jiān)測系統(tǒng)主要由 STM32 微型處理器、SHT10 溫濕度和 MQ136、MQ137 有害氣體傳感器、 ZigBee 無線通訊模塊等組成。系統(tǒng)開始工作后，傳感器開始采集豬舍內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)，STM32 單片機根據(jù)固定的周期讀取傳感器上的環(huán)境參數(shù)并將其經(jīng)由串口將收集到的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)?ZigBee 終端設(shè)備上然后經(jīng)過無線發(fā)送到 ZigBee 協(xié)調(diào)器上。協(xié)調(diào)器接收到環(huán)境參數(shù)后將其發(fā)送到 STM32微處理器上。上位機通過串口將單片機上的環(huán)境參數(shù)讀取進來并顯示在 PC 端屏幕上。6傳感器 Z i g B e e 無線模塊S T M 3 2傳感器 Z i g B e e 無線模塊S T M 3 2Z i g B e e 無線模塊S T M 3 2P C圖 2-1 系統(tǒng)組成框圖2.2 實驗方法2.2.1 微處理器(MCU)本系統(tǒng)所采用的單片機型號為 ST 公司的 STM32 系列微處理器芯片STM32F103RBT6 為中心控制器 11。STM32 系列單片機內(nèi)核為 ARM 32 位 Cortex-M3 CPU，工作頻率為 72MHz，90DMIPS,1.25DMIPS/MHz，除此之外該系列芯片價格低，功耗少，性能高，具有極其高的性價比。并且該型單片機有串口調(diào)試(SWD )和 JTAG兩種下載程序方式，對于開發(fā)者來說下載程序進行調(diào)試非常方便。STM32F103xx 系列支持三種低功耗模式，分別為休眠模式、停止模式和待機模式，這三種模式能夠有效降低功耗從而滿足更多的應(yīng)用場景 12。STM32 單片機具有超低的價格、超多的外設(shè)以及豐富的型號等優(yōu)異性。本系統(tǒng)所用的微處理器采用 LQFP-64 腳封裝。STM32F103RBT6 芯片在 STM32F 系列屬于中等容量增強型，擁有 32 位基于 ARM 核心的帶 64 或者 128K 字節(jié)閃存的微控制器，單周期乘法和硬件除法，通用增強型，內(nèi)嵌中斷控制器有有 43 個可屏蔽中斷通道采用尾鏈（Tail Chaining）技術(shù)的中斷處理（降至 6 個 CPU 周期） 。是一款基于 ARM 的 32 位 MCU 的閃存、USB 、CAN、7 個16 位定時器、兩個 ADC 和 9 個通信接口的芯片。圖 2-2 STM32F103RBT6 引腳圖2.2.2 溫濕度傳感器根據(jù)豬舍內(nèi)部的環(huán)境的溫濕度可能范圍，本系統(tǒng)選用的溫濕度傳感器型號為SHT10。該型溫濕度傳感器由來自瑞士的一家名為 Sensirion 的公司推出的。SHT10 溫濕度傳感器具有杰出的能耗控制特性、極小的尺寸、自檢測能力以及相對濕度和溫度一體檢測等優(yōu)點。目前 SHT10 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集器、變送器、自動化過程控制、7汽車行業(yè)、電力機房、計量測試以及醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域。SHT10 接口定義：（1）GND：電源地；（2）DATA：串行數(shù)據(jù)，雙向；（3）SCK：串行時鐘，輸入口；（4）VDD：電源輸入端。圖 2-3 啟動傳輸時序圖 2-4 復(fù)位時序2.2.3 氣體傳感器本系統(tǒng)采用的有害氣體傳感器的型號為 MQ136 硫化氫傳感器和 MQ137 氨氣傳感器。MQ137 氨氣傳感器具有對氨氣的靈敏度高、壽命長、成本低以及驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點。MQ136 硫化氫傳感器具有快速的響應(yīng)恢復(fù)、較高的靈敏度、長期的工作穩(wěn)定性以及簡單的測試電路 13。MQ136 硫化氫傳感器的輸出電壓隨著硫化氫氣體濃度的增加而增加，MQ137 氨氣傳感器的輸出電壓隨著空氣中氣體濃度的增加而降低。圖 2-5 MQ136 靈敏度特性曲線8圖 2-6 MQ137 靈敏度特性曲線2.2.4 無線通信模塊ZigBee 技術(shù)作為雙向無線通信技術(shù)，成為現(xiàn)在無線監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用研究熱點 14-15。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)屬于無線個域網(wǎng)（Wireless Personal Area Network,WPAN） 。隨著微電子技術(shù)、射頻通信技術(shù)等的快速發(fā)展，WPAN 產(chǎn)品已為越來越多的人所熟知，如藍牙、無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification,RFID）和近距離無線通信技術(shù)（Near Field Communication,NFC） 。無線個域網(wǎng)為近距離范圍內(nèi)的設(shè)備建立無線連接，把十幾米范圍內(nèi)的多個設(shè)備通過無線方式連接在一起，使得他們可以相互通信甚至接入互聯(lián)網(wǎng)。ZigBee 對比藍牙和 WIFI 具有簡單、方便、可靠、低成本、低功耗等優(yōu)勢 16。ZigBee 技術(shù)是 ZigBee 聯(lián)盟的產(chǎn)物。ZigBee 規(guī)范結(jié)構(gòu)如圖 2-7 所示。ZigBee 聯(lián)盟采用IEEE 802.15.4 標準作為 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的物理層（ PHY）和介質(zhì)訪問層（MAC）規(guī)范，并在還另外制定了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層（DLL ） 、網(wǎng)絡(luò)層（NWK） 、和應(yīng)用編程接口（API ）規(guī)范，來負責用戶開發(fā)和實驗等方面的工作 17。ZigBee 應(yīng)用開發(fā)者則在ZigBee 規(guī)范基礎(chǔ)上進行項目開發(fā)。應(yīng)用框架及應(yīng)用應(yīng)用支持子層網(wǎng)絡(luò)層M A C 層物理層Z i g B e e 應(yīng)用開發(fā)者和 Z i g B e e 規(guī)范Z i g B e e 規(guī)范I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4圖 2-7 ZigBee 規(guī)范結(jié)構(gòu)在軟件層次上，ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)需要依靠 ZigBee 協(xié)議棧才能實現(xiàn)。與傳統(tǒng) TCP/IP協(xié)議棧類似，ZigBee 協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu)。分層的目的是為了使協(xié)議棧各層能夠獨立，每一層向上層提供一些服務(wù)，應(yīng)用開發(fā)程序員只需要關(guān)心與他們相關(guān)層的協(xié)議。分層的結(jié)構(gòu)脈絡(luò)清晰，方便設(shè)計和調(diào)試。ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖 2-8 所示。9應(yīng)用設(shè)備 1應(yīng)用設(shè)備 2 4 0安全服務(wù)提供商N L D E - S A P N L D E - S A PM C P S - S A P M L M E - S A PA P S 信息管理 A P S 安全管理端點 2 4 0A P S D E - S A P端點 1A P S D E - S A P端點 0A P S D E - S A PA P S M E -S A PN L D E -S A P網(wǎng)絡(luò)安全管理路由管理 網(wǎng)絡(luò)管理. . .P D - S A P M L M E - S A P應(yīng)用設(shè)備框架 A F應(yīng)用支持子層A P S網(wǎng)絡(luò)層M A C 層物理層Z i g B e e 設(shè)備對象Z D O應(yīng)用層Z D O 管理平臺圖 2-8 ZigBee 協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)ZigBee 規(guī)范將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照功能劃分為 PAN(Personal Area Network)協(xié)調(diào)器(ZigBee Coordinator)、路由器 ZR(ZigBee Router)和終端設(shè)備 ZE(ZigBee EndDevice)三個類型 18。一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該只有一個 PAN 協(xié)調(diào)器,且是 PAN 的總控制器，可以將其理解為網(wǎng)絡(luò)中的第一個設(shè)備。該設(shè)備負責 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)啟動，并配置網(wǎng)絡(luò)使用的信道和網(wǎng)絡(luò)標識符（PAN ID） 。此外，協(xié)調(diào)器還要完成網(wǎng)絡(luò)成員地址分配、節(jié)點綁定、建立安全層等任務(wù)，它在網(wǎng)絡(luò)中需要最多的存儲資源和計算能力 19。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)是優(yōu)美的分布式網(wǎng)絡(luò)，當網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器成功建立網(wǎng)絡(luò)后，基本上接完成了協(xié)調(diào)器身份的使命，而成為路由器角色。此時，即使關(guān)閉協(xié)調(diào)器節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中其余的節(jié)點也能互相通信。路由器用于允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋的物理范圍和數(shù)據(jù)包路由的功能。ZigBee 路由器擴展網(wǎng)絡(luò)是指該設(shè)備可以作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點，允許更多的路由和終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，其中路由器最為重要的功能是“允許多跳路由” ，即使兩個設(shè)備不在彼此的物力射頻范圍內(nèi)，也能通過路由器進行信號中轉(zhuǎn)和中繼，進行通信；路由節(jié)點存儲路由表，負責尋找，建立及修復(fù)數(shù)據(jù)包路由路徑。路由器一般還協(xié)助由電池供電的終端設(shè)備子節(jié)點工作，如緩存子節(jié)點數(shù)據(jù)等。路由器和協(xié)調(diào)器一般由主電源供電，且常處于活躍狀態(tài)。終端設(shè)備一般位于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)末端，它不具備成為協(xié)調(diào)器和路由器的能力，一般與采集設(shè)備連接成整體。終端設(shè)備一般由干電池或紐扣電池供電大部分時間處于休眠狀態(tài)。終端設(shè)備的一些工作交與父節(jié)點或路由器處理，如設(shè)備周期性處于睡眠狀態(tài)，發(fā)送到設(shè)備的數(shù)據(jù)不能立即被接收，就暫存到其父設(shè)備節(jié)點，終端設(shè)備會定時向其父設(shè)備輪詢數(shù)據(jù)；終端設(shè)備在向其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將數(shù)據(jù)交由其10父節(jié)點設(shè)備，然后以父設(shè)備的名義進行網(wǎng)絡(luò)路由。ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)共有三種形式其分別是：網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)、樹型；結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu) 20。三種拓撲形式如圖 2-9 所示。圖 2-9 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓撲形式ZigBee 應(yīng)用前景廣闊，市場需求巨大，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商紛紛推出了支持IEEE 802.15.4 標準的無線芯片，比如 TI 公司的 CC2420、CC2430 和CC2530，F(xiàn)reescale 公司的 MC13191/13192/13193 等，Ember 公司的 EM25