基于CC250的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、基于CC530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程學(xué)生：指導(dǎo)老師:簽名：簽名：摘要溫濕度數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理,廣泛應(yīng)用于森林火災(zāi)的防范,糧倉(cāng)的溫濕度控 制以及家庭智能化限制等領(lǐng)域內(nèi).針對(duì)傳統(tǒng)的有線方式檢測(cè)、采集、傳輸中節(jié)點(diǎn)分散需 要大量布線等問題,本設(shè)計(jì)主要從無線傳感方向進(jìn)行改良,本文介紹了一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng).該系統(tǒng)采用Zigbee無線通信技術(shù)結(jié)合傳感器,通過運(yùn)用Zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點(diǎn) 對(duì)多點(diǎn),兩點(diǎn)之間的通信.并詳細(xì)闡述了基于 Zigbee協(xié)議棧的中央節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié) 議傳輸,主要是從Zigb

2、ee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AODV路由協(xié)議著手,闡述在網(wǎng)絡(luò)層如何通過 AODV&由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā).關(guān)鍵字：溫濕度數(shù)據(jù)采集,CC2530, Zigbee協(xié)議棧,無線傳感網(wǎng)絡(luò)論文類型：應(yīng)用型畢業(yè)論文Title : CC530 based temperature and humidity data acquisition systemdesig nMajor: Electronic and Information EngineeringNameHejiera nsig nature：sig nature：Supervision : zhangxiaoliABSTRACTTempe

3、rature and humidity data acquisiti on ,tra nsmissi on and process in g,widely used in some field,like forest fire preve nti on, warehouse temperature and humidity con trol and family intelligent control and so on. In view of the traditional wired detection, acquisition, tran smissi on no des distrib

4、uted n eeds a large nu mber of wiri ng problem, This desig n mainly from wireless sensing directi on is improved.This paper in troduced one kind based on the CC2530and digital temperature and humidity sensor temperature and humidity gathering system. the system adopts Zigbee wireless com muni cati o

5、n tech no logy with sen sor, through the use of Zigbee protocol in wireless sensor networks architecture form, realization of the master-slave data acquisiti on and tran smissi on,and a point to multipo int, com muni cati on betwee n two poin ts. Described in detail based on the Zigbee protocol stac

6、k cen ter node and the terminal node of the transmission control protocol, mainly from the Zigbee protocol stack in AODV network layer routing protocol to, in the network layer through the AODV routing protocol connections among the no des and data tran sceiver.Key words: Temperature and humidity da

7、ta acquisition, CC2530, Zigbee Protocol stack,Wireless sen sor n etworkType of Thesis:Applicati on of graduati on thesis第一章 緒論1、1無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究背景： 伴隨著時(shí)代的進(jìn)步,人們充分熟悉到了科技的力量.對(duì)科學(xué)的探索是永無止境的, 人們?cè)诳茖W(xué)方面的探索已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)前所未有的水平. 2003年, 美國(guó)?技術(shù)評(píng)論? 雜志 論述未來新興十大技術(shù)時(shí),無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN被列為第一；美國(guó)?今日防務(wù)?雜志更 認(rèn)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN的應(yīng)用和開展將引起一場(chǎng)劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來戰(zhàn)爭(zhēng)

8、 的變革.可以預(yù)測(cè),無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN是信息感知和采集的一場(chǎng)革命,是21世紀(jì)最 重要的技術(shù)之一.作為 21 世紀(jì),最具有影響力的改變世界的 10 大技術(shù)之一的無線傳感 技術(shù),其開展的技術(shù)日趨成熟,方向也開始多樣化,在科技領(lǐng)域中也變得越來越重要, 使得大量的應(yīng)用方案開始采用無線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無線通信.數(shù)字家庭、 無線通信、 無線限制、無線定位和移動(dòng)連接等詞語也頻頻映入眼簾.有增無減的相關(guān)信息報(bào)道足以 預(yù)測(cè)這些新鮮事物必將具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的開展前景.無線傳感網(wǎng)絡(luò),它是由大 量節(jié)點(diǎn)組成的,是面向任務(wù)的分布式網(wǎng)絡(luò),綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無 線通信、分布式信息處理等多領(lǐng)域的技術(shù),

9、通過各類微型無線傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)采集,并且由嵌入式微處理器對(duì)所采集到的信息進(jìn)行處理,并通過無線通 信網(wǎng)絡(luò)將處理后的信息傳送至遠(yuǎn)程用戶端,然后通過相應(yīng)的規(guī)那么進(jìn)行各種應(yīng)用分析.無線網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種將傳感器、限制器、計(jì)算水平、通信水平完美的結(jié)合于一身 的嵌入式設(shè)備.它們跟外界的物理環(huán)境交互,實(shí)時(shí)的采集信息,并且將收集到的信息通 過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶. 無線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般是由一個(gè)低功耗的微限制器 MCU和假設(shè)干個(gè)存儲(chǔ)器、無線電/光通信裝置、傳感器等組件所集成的,通過傳感器、 動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、以及通信裝置和它們所處的外界物理環(huán)境進(jìn)行交互.一般說來,獨(dú)立的 傳感器功能是非常有限的

10、,但是如果將他們大量地分布到所需要檢測(cè)的物理環(huán)境 中,并組成一個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò),加上性能良好的軟件系統(tǒng)平臺(tái),就能夠完成強(qiáng)大的 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能.隨著微機(jī)系統(tǒng)和高集成低功耗數(shù)字設(shè)備的發(fā) 展,小體積、低本錢、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)將得以實(shí)現(xiàn).低功耗無線傳感模塊,便是組 成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn).這樣的節(jié)點(diǎn)假設(shè)能配合各種類型的傳感器,可組成無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)WSN.無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù).廣泛應(yīng)用于 醫(yī)療領(lǐng)域、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能建筑、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、智能家裝、工業(yè)自動(dòng)化和大區(qū)域內(nèi) 的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域.無線傳感技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定是最為重要的研究之一. 無線傳感器

11、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用的是電池供電,工作環(huán)境也通常是比擬惡劣的,而且數(shù)量 大、分布區(qū)域廣,更換非常困難,所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么之一. 因此,它迫切的需要對(duì)傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行更新和改良,需要精心設(shè)計(jì)其軟硬件系統(tǒng),以使其更加的可靠耐用.1、2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀：在多入多出 (MIMO )和正交頻分復(fù)用 ( OFDM )等根底技術(shù)支持下,無線通信技術(shù)得到 了蓬勃的開展,實(shí)現(xiàn)了與任何人或任何設(shè)備隨時(shí)隨地的進(jìn)行相互聯(lián)系相互通信.藍(lán)牙、 WIMAX 、Wi-Fi 、無線局域網(wǎng)和超寬帶等無線通信技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的開展.無線技術(shù) 作為一門蓬勃開展的新興科學(xué)技術(shù),隨著它所需要的幾

12、種重要的根底技術(shù)的不斷推廣和 充分的實(shí)際應(yīng)用,實(shí)際檢測(cè),它的開展速度也將得到很大的提升.無線傳感模塊是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),它是組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)的根本組成局部. 是屬于無線技術(shù)中較為底層的一個(gè)分支,最早的代表性論述是出現(xiàn)在二十世紀(jì)九十年代 末的,是一篇題為“傳感器走向無線時(shí)代的文章.傳感技術(shù)的開展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 一般傳感器、智能傳感器、無線傳感器.一般傳感器,是最早產(chǎn)生的傳感器,能實(shí)現(xiàn)的 只是數(shù)據(jù)的采集；智能傳感器,那么是在一般傳感器的根底上進(jìn)行改良,使傳感器具有計(jì) 算處理水平,這樣傳感模塊不但能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)等信息的實(shí)時(shí)采集,還能對(duì)所采集到的數(shù) 據(jù)信息進(jìn)行一定程度的計(jì)算和處理,便于進(jìn)行監(jiān)控；無

13、線傳感器,那么是在智能傳感器的 根底上集成無線功能的模塊,使得傳感器不再是單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集模塊,而是使之成為一 個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、計(jì)算和處理,數(shù)據(jù)信息交換和限制的有機(jī)整體.由于越來越 多的實(shí)際應(yīng)用方案中開始采用無線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信,無線傳感器綜合了 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)及無線通信技術(shù)等的無 線傳感根底科技 , 成為了當(dāng)前最熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域. 而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保證就是無線 傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行,因此在設(shè)計(jì)無線傳感模塊時(shí),傳感網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)已經(jīng) 是被認(rèn)定了的最為重要的研究之一.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域中有許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)相繼出

14、現(xiàn).其中比擬 典型的節(jié)點(diǎn)有Telos、Mica系列、Imote2和IRIS等.這些平臺(tái)主要是采用了不同的處理 器和無線通信模塊.Telos、Mica系列的一些節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)的時(shí)間較早,其性能已經(jīng)落后 于當(dāng)前的一些工業(yè)設(shè)計(jì)中集成電路的水平.但是 Imote2 節(jié)點(diǎn),它具有高性能,但是功耗 比擬大,不能適用于能量要求嚴(yán)格的應(yīng)用環(huán)境,由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常采用的是 電池供電,工作環(huán)境比擬惡劣,而且節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大,電池更換非常困難,因此低功耗是 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么之一.后來的研究成果中,如MIT所研發(fā)的模塊化平臺(tái)對(duì)于不同的傳感器有不同的硬件設(shè)計(jì),為了設(shè)計(jì)一個(gè)通用的系統(tǒng)來取代單一的硬件 系

15、統(tǒng),他們的傳感器采用垂直連接器來使不同的處理層整合到一起來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集. I ntel Mote 的研究工程那么注重了包括低系統(tǒng)級(jí)集成、 功耗操作和硬件的重新配置三個(gè)方面的要 求,希望能夠平衡功耗與性能之間的矛盾,但要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)還需要一定的努力.傳感技術(shù)將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)以及電子技術(shù)的高速開展,得到不斷的推廣和完善.并且會(huì)有結(jié)構(gòu)新、功能強(qiáng)、耗能低的傳感器更多的用運(yùn)于各種實(shí)際的無線網(wǎng) 絡(luò)當(dāng)中,以良好的穩(wěn)定性和高精確度效勞于更加廣泛的領(lǐng)域.1、3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景：在城市中,隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)開展和產(chǎn)業(yè)調(diào)整,大批人口將向城市轉(zhuǎn)移,城市人口將 不斷增加；同時(shí),經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日趨頻繁,商業(yè)活動(dòng)將更

16、加活潑,汽車的使用數(shù)量和使用頻 率也將大大提升,將會(huì)給城市的交通運(yùn)輸帶來很大的壓力, “停車難的問題也將會(huì)成為 制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)開展的瓶頸.修建新的停車場(chǎng)和新的交通設(shè)施雖然能夠解決局部問題,但 是由于其費(fèi)用高昂而且建設(shè)周期也相對(duì)較長(zhǎng),還會(huì)受到土地使用和城市規(guī)劃等很多方面 的因素的制約.所以,只有在進(jìn)行硬件設(shè)施的建設(shè)當(dāng)中充分的利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),借助 國(guó)內(nèi)外交通開展過程中所總結(jié)的各種經(jīng)驗(yàn),并能夠很好的引進(jìn)我國(guó)的城市停車系統(tǒng),運(yùn) 用軟、硬件相結(jié)合的方式,為城市建設(shè)節(jié)省出一大筆費(fèi)用,同時(shí)也能改良停車能的問題.無線傳感技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括跟蹤治療、移動(dòng)觀察、遠(yuǎn)程醫(yī)療、患者數(shù) 據(jù)治理、藥物跟蹤、 求救

17、、病人數(shù)據(jù)收集、醫(yī)療垃圾跟蹤和短信溝通等多方面的新 應(yīng)用.最近幾年,無線通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)外醫(yī)療市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用,無限醫(yī)療設(shè)備 的應(yīng)用迅猛增長(zhǎng).一個(gè)報(bào)告指出,歐洲的無線醫(yī)療設(shè)備的銷售額將從 2003 年的 9800 萬 美元增加到 2021年的4.458 億美元,主要原因是醫(yī)護(hù)人員希望改善工作流程, 增加生產(chǎn) 力和改善病人的滿意程度,還有增加新的應(yīng)用,如電子病歷、臨床療法決定等.通過建立完善的 Zigbee 網(wǎng)絡(luò),智能建筑可以感知隨處可能發(fā)生的火災(zāi)隱患, 及早提 供相關(guān)信息；根據(jù)人員分布情況自動(dòng)限制中央空調(diào),實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約；及時(shí)掌握酒店客房 內(nèi)客人的出入信息,以便在有突發(fā)事件時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出

18、通知,保證客人的人身財(cái)產(chǎn) 平安.在機(jī)場(chǎng),持有 Zigbee 終端的乘客們可以隨時(shí)得到導(dǎo)航信息,比方登機(jī)口的位置,航 班的變動(dòng),甚至附近有那些商店等,能夠更好的為乘客們提供方便快捷的機(jī)場(chǎng)效勞.在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi),人們可以通過 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)不同區(qū)域的溫濕度監(jiān)控； 及時(shí)得到機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的信息；結(jié)合 RF標(biāo)簽,可以方便的統(tǒng)計(jì)庫(kù)存量,等等.在醫(yī)院, Zigbee 網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時(shí)準(zhǔn)確的收集急診病人的相關(guān)信息和檢查結(jié)果,快速準(zhǔn)確的 做出診斷；戴有 Zigbee 終端的患者可以得到 24 小時(shí)的體溫、脈搏限制；配有 Zigbee 終 端的擔(dān)架可以遙控電梯門的開關(guān)在醫(yī)院,時(shí)間就是生命,Zi

19、gbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生和患者爭(zhēng)取每一分每一秒的時(shí)間.如果沿著街道、 高速公路及其他地方分布式的裝有大量的 Zigbee 終端設(shè)備,就能夠 不用擔(dān)憂會(huì)迷路,安裝在汽車?yán)锏脑O(shè)備將會(huì)準(zhǔn)確的告訴我們當(dāng)前所處的位置,正向何處 去.雖然全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS也能提供類似的效勞,但是這種新型的Zigbee分布式系統(tǒng)能夠向我們提供更精確,更具體的信息,即使在GPS沒有覆蓋不到的樓內(nèi)或隧道 內(nèi),仍然能夠繼續(xù)使用該系統(tǒng).從 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中能夠得到更加精確、更加具體 的數(shù)據(jù)信息,如限速、街道是單行線還是雙行線、前面每條街道的交通情況或事故信息 等.使用這種系統(tǒng),也可以跟蹤公共交通情況,可以適時(shí)的趕上

20、下一班車,而不至于在 寒風(fēng)中或烈日下在車站等車. 基于 Zigbee 技術(shù)的系統(tǒng)還可以開發(fā)出許多其他的功能, 例 如,在不同的街道、不同的時(shí)間段、不同方向上的來車,根據(jù)交通流量來自動(dòng)限制交通 紅綠燈的時(shí)常,以及追蹤被盜汽車或超速汽車等應(yīng)用.為了推動(dòng) Zigbee 技術(shù)的開展, Chipcon 已被 TI 公司收購(gòu) 公司于 Ember,Freesacal,Honeywell,Mistubishi,Motorla,Philips,Samsung 等公司共同成立了 Zigbee 聯(lián)盟.目前該聯(lián)盟以及包含一百五十多家成員,該聯(lián)盟主席 Rober F.Haile 曾于 2004 年 11 月訪問中國(guó),以

21、免專利的方式吸引中國(guó)本地企業(yè)參加. 根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè), 低功耗、低本錢的 Zigbee 技術(shù)在未來幾年內(nèi)將會(huì)得到快速的增長(zhǎng), 2006 年全球 Zigbee 器件的出貨量已到達(dá) 1000 萬個(gè), 2007年年底將近一億個(gè), 2021 年將超過 1.5 億個(gè).其 中2006年,Zigbee芯片供給方面,TI以及Ember公司位列前兩位.這一預(yù)言正從Zigbee 聯(lián)盟以及其成員近期的一系列活動(dòng)和進(jìn)展中得到驗(yàn)證.在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無線通信領(lǐng) 域, Zigbee 的快速開展可以說是另人有些始料不及的, 從 2004年年底標(biāo)準(zhǔn)確立, 到 2005 年年底相關(guān)芯片及終端設(shè)備總共銷售了 1500億美元,

22、比被業(yè)界“炒 了多年的藍(lán)牙、Wi-Fi 產(chǎn)品進(jìn)展都要快.Zigbee 技術(shù)在 Zigbee 聯(lián)盟和 IEEE 802.15.4 的推動(dòng)下,結(jié)合其他無線技術(shù),可以實(shí) 現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡(luò).它不僅在工業(yè),農(nóng)業(yè),軍事,環(huán)境,醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng) 用價(jià)值,未來在應(yīng)用中還可以涉及人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)所有領(lǐng)域.由于各方面 的制約, Zigbee 技術(shù)的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日, 但已經(jīng)顯示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值, 相信隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟和開展推進(jìn),一定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用.但是,我們還應(yīng) 該清楚的熟悉到,基于 Zigbee 技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始開展,他的技術(shù),應(yīng)用都談不 上很成熟,國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該

23、抓住商機(jī),加大投入人才力度,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的開展.1、4 本論文的主要內(nèi)容：本論文是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).在緒論中,簡(jiǎn)單的闡述了無線通 信,無線傳感的研究背景,國(guó)內(nèi)外的開展現(xiàn)狀以及無線通信技術(shù)的開展前景.隨著在無 線通信中所用到的各種根底科技的不斷成熟,無線通信、無線傳感等的研究也不斷的進(jìn) 步,并且展現(xiàn)出蓬勃的生命力,在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都會(huì)起到重要的作用,這將會(huì)成為今后的 科技開展主流.本文的論述重點(diǎn)是在于實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì),主要分為三個(gè)大局部,一是實(shí) 現(xiàn)無線傳感的硬件模塊； 二是實(shí)現(xiàn)無線傳感的軟件支持, 也就是基于 Zigbee 協(xié)議架構(gòu)的 編程.第三局部是本設(shè)計(jì)所得出的一

24、些結(jié)論.在第一局部中,介紹了無線傳感的硬件模塊.包括了無線傳感的根本構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)原 理以及常用到的一些傳感器節(jié)點(diǎn)和本設(shè)計(jì)中用到的實(shí)驗(yàn)箱.對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)體系 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體的闡述.第二局部中,首先從整體上介紹了 Zigbee 的體系架構(gòu).包括 Zigbee 技術(shù)的開展前 景,低功耗低速率的特點(diǎn)以及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu). Zigbee 技術(shù)彌補(bǔ)了在無線通信市場(chǎng)中低 本錢、低功耗、低速率的的空缺, Zigbee 技術(shù)成功的關(guān)鍵主要是在于便捷而豐富的應(yīng)用, 并不是技術(shù)的本身.隨著 Zigbee 技術(shù)的日趨成熟,更多的力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí) 現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面的研究. Zigbee 是以

25、一個(gè)個(gè)獨(dú)立的工作點(diǎn)為依托, 通過無線通信組成星狀、樹樁或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò).同時(shí), Zigbee 技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍 內(nèi)的低傳輸速率下的各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù).其特點(diǎn)有低功耗、可靠性以及 高度擴(kuò)展性.其次,在此根底上對(duì) Zigbee 協(xié)議棧的整體架構(gòu)中,應(yīng)用層、物理層、 MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層以及其他的 OSAL、Zmain、Tools 等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述,主要對(duì)是其中網(wǎng)絡(luò)層 的功能描述、功能實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)原理以及其中的所涉及到的幾種常見的路由協(xié)議的論述. AODV由協(xié)議是本論文的重點(diǎn),在第二局部中,詳細(xì)的介紹了 AODV各由協(xié)議的原理,路 由表結(jié)構(gòu)和其協(xié)議限制分組格式,也就是路由請(qǐng)求RRE路由

26、應(yīng)答RREP路由錯(cuò)誤 RERR以及HELLO消息的報(bào)文格式和其中每段的意義、根本類型、以及標(biāo)志位所代表的 意義.并以流程圖的形式說明了各個(gè)路由協(xié)議限制幀的發(fā)送流程.并且對(duì)AODV路由協(xié)議算法的根本操作進(jìn)行了詳細(xì)的描述.描述了為了與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單播通信,節(jié)點(diǎn)是在怎 樣的條件下,怎樣產(chǎn)生路由請(qǐng)求RREQ,路由應(yīng)答RREP和路由錯(cuò)誤RERR消息的；這 些消息產(chǎn)生后是怎樣處理的；為了正確處理這些信息,其中的一些狀態(tài)信息是如何在相 對(duì)應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)中進(jìn)行保存的等問題.第三局部是結(jié)論局部,總結(jié)了本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中所得出的結(jié)論,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度數(shù) 據(jù)的采集.并且提出協(xié)議中一些需要改良的方向,以及今后的研

27、究努力方向.附錄中主要是對(duì)AODX協(xié)議中一些函數(shù)的說明.1、5 本論文的結(jié)構(gòu)安排：1、5、 1 第一章緒論局部,闡述了無線通信,無線傳感的研究背景,國(guó)內(nèi)外的開展 現(xiàn)狀以及無線通信技術(shù)的開展前景.1、5、 2 第二章為正文局部,包括兩大局部：實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件局部以及 實(shí)現(xiàn)其軟件局部. 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件局部主要包括：無線傳感根本結(jié)構(gòu)、無線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持、 常見的無線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于 CC2530勺 溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì). 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件局部主要包括： Zigbee 技術(shù)概述、 Zigbee 協(xié)議棧整 體架構(gòu)、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)

28、層、AODV路由協(xié)議.Zigbee 技術(shù)概述中主要包括： Zigbee 技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景、其低功耗低速率技術(shù)特 點(diǎn)、其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚?Zigbee 協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層主要包括 : 網(wǎng)絡(luò)層概述、網(wǎng)絡(luò)層所實(shí)現(xiàn)功能、網(wǎng)絡(luò)層中常用路 由協(xié)議.AODV路由協(xié)議主要包括：協(xié)議概述、協(xié)議的根本原理、AODV路由協(xié)議消息限制幀、以及一個(gè)AODVt立和維持路由的舉例.1、5、 3 第三章為結(jié)論局部,總結(jié)了本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中所得出的結(jié)論,以及今后 的研究努力方向.第二章溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊2、1無線傳感根本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)有所區(qū)別,前者是以數(shù)據(jù)為中央 的,后者以傳輸數(shù)據(jù)為目的.

29、在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,由于節(jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無法接近的 惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中,所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外,大局部節(jié)點(diǎn)都是靜止不 動(dòng)的.在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi),節(jié)點(diǎn)任意散落,節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測(cè)特定的對(duì)象以外,還需 要進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算,維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接等功能.并且由于能源的無法替代以及低 功耗的多跳通信模式節(jié),設(shè)計(jì)無線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí),有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的 低功耗成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題.在節(jié)省功耗的同時(shí)增加通信的隱蔽性,避 免長(zhǎng)距離的無線通信易受外界噪聲干擾的影響,也都是在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要攻克的 新難題.無線傳感器節(jié)點(diǎn)模型無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無線傳輸模塊的,傳感器

30、采集的數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單處 理后經(jīng)過無線傳輸模塊傳到效勞器或應(yīng)用終端.目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)是 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所包括的4個(gè)根本實(shí)體對(duì)象.另外,要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用刻畫,還需 要對(duì)遠(yuǎn)程任務(wù)治理單元、外部網(wǎng)絡(luò)和用戶進(jìn)行定義.大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署,單個(gè)節(jié)點(diǎn) 經(jīng)過初始的通信和協(xié)商,通過自組織方式自行配置,形成一個(gè)傳輸信息的單跳鏈接或一 系列的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò),協(xié)同形成對(duì)目標(biāo)的感知視場(chǎng).傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的目標(biāo)信 號(hào)經(jīng)過傳感器本地簡(jiǎn)單處理后通過單播或播送以多跳的方式通過鄰近傳感節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)接^ 測(cè)節(jié)點(diǎn).用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)治理單元那么能夠通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或In ternet等外部網(wǎng)絡(luò),與觀測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的

31、交互.觀測(cè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求和限制指令,接收傳感節(jié) 點(diǎn)返回的目標(biāo)信息.數(shù)分布式網(wǎng)48效勞接口時(shí)間同步節(jié)點(diǎn)宦位應(yīng)用層傳輸限制傳輸層略由網(wǎng)堵層-1 無線電| 紅外線光波Qos拓?fù)?治理flf理網(wǎng)絡(luò)治理平安機(jī)制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)無線傳輸模塊可以實(shí)現(xiàn)短距離小于 300米的信號(hào)傳輸.在實(shí)際應(yīng)用中,需要根 據(jù)不同需求選擇傳感器,如電壓電流、功耗、溫濕度、液面、震動(dòng)、壓力等等.1理V-r基于無線傳感器網(wǎng)堵的應(yīng)用程序101無線傳蟻黠網(wǎng)皓的厳用支撐技術(shù)I1*0無線傳感都兩絡(luò)的根底設(shè)施if無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)兩絡(luò)中間件抨臺(tái)軟件2、2溫濕度數(shù)據(jù)采集2、2、1溫濕度數(shù)據(jù)采集原理：溫濕度探頭直接使用I

32、IC接口進(jìn)行限制.其電路原理圖如下所示:SHTlw本實(shí)驗(yàn)將使用CC2530讀取溫濕度傳感器SHT1的溫度和濕度數(shù)據(jù),并將采樣到的數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換然后再LCD顯示.其中對(duì)溫濕度的讀取是利用 CC2530的I/O P1.0和P1.1模擬 一個(gè)類 IIC 得過程.2、2、2 實(shí)驗(yàn)中所用芯片 SHT10：SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片, 提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出. 它采用專利 的CMOSen技術(shù),保證產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性.傳感器包括一個(gè)電 容性聚合體測(cè)濕敏感元件、 一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件, 并在同一芯片上, 與 14 位 的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無縫連接.SH

33、T10 引腳特性如下：1. VDD, GND SHT10l勺供電電壓為2.45.5V.傳感器上電后,要等待11ms以越過 “休眠狀態(tài).在此期間無需發(fā)送任何指令.電源引腳VDDGND之間可增加一個(gè)100nF的電容,用以去耦濾波.2. SCK 用于微處理器與 SHT10 之間的通訊同步.由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯, 因而不存在最小 SCK 頻率.3. DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取.DATA在 SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài),并僅在 SCK時(shí)鐘上升沿有效.數(shù)據(jù)傳輸期間,在 SCK時(shí)鐘高電平時(shí),DATA必須保持穩(wěn)定.為 預(yù)防信號(hào)沖突,微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng)DATA在低電平.需要一個(gè)外部的上拉電阻例如：10kQ

34、將信號(hào)提拉至高電平.上拉電阻通常已包含在微處理器的 I/O 電路中.向 SHT10 發(fā)送命令：用一組“ 啟動(dòng)傳輸時(shí)序,來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?它包括：當(dāng) SCK 時(shí)鐘高電 平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平,緊接著SCK變?yōu)榈碗娖?隨后是在 SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平. 后續(xù)命令包含三個(gè)地址位 目前只支持“ 000,和五個(gè)命令位. SHT10 會(huì) 以下述方 式表示已正確地接收到指令： 在第 8 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后, 將 DATA 拉 為低電平AC位.在第9個(gè)SCK時(shí)鐘的下降沿之后,釋放 DATA恢復(fù)高電平.測(cè)量時(shí)序RH和T:發(fā)布一組測(cè)量命令 00000101'表示相對(duì)濕度

35、RH, 00000011 '表示溫度T后, 限制器要等待測(cè)量結(jié)束. 這個(gè)過程需要大約 11/55/210ms ,分別對(duì)應(yīng) 8/12/14bit 測(cè)量. 確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度, 最多有± 1 5%變化. SHTxx 通過下拉 DATA 至低電平并進(jìn)入 空閑模式,表示測(cè)量的結(jié)束.限制器在再次觸發(fā) SCK 時(shí)鐘前,必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥 信號(hào)來讀出數(shù)據(jù).檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ),這樣限制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí) 再讀出數(shù)據(jù).接著傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 奇偶校驗(yàn). 需要通過 下拉DATA為低電平,uC以確認(rèn)每個(gè)字節(jié).所有的數(shù)據(jù)從 MSB開始,右值有效

36、例如： 對(duì)于12bit數(shù)據(jù),從第5個(gè)SCK時(shí)鐘起算作MSB 而對(duì)于8bit數(shù)據(jù),首字節(jié)那么無意義).用CRC數(shù)據(jù)確實(shí)認(rèn)位,說明通訊結(jié)束.如果不使用CRC-8校驗(yàn),限制器可以在測(cè)量值LSB后,通過保持確認(rèn)位ack高電平, 來中止通訊.在測(cè)量和通訊結(jié)束后,SHTxx自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式.通訊復(fù)位時(shí)序：如果與SHTxx通訊中斷,以下信號(hào)時(shí)序可以復(fù)位串口：當(dāng) DATA保持高電平時(shí),觸 發(fā)SCK時(shí)鐘9次或更多.在下一次指令前,發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)時(shí)序.這些時(shí)序只復(fù) 位串口,狀態(tài)存放器內(nèi)容仍然保存.2、2、3主程序程序流程圖：2、2、4核心程序代碼： void mai n()int tempera;int hu

37、midity;char s16;UINT8 adc0_value2;float num = 0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); 設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源為32MHz晶體振蕩器GUIn it();/ GUIGUI_SetColor(1,0);/初始化顯示色為亮點(diǎn),背景色為暗點(diǎn)GUI_PutStri ng5_7(25,6,"OURS-CC2530"); / 顯示 OURS-CC2530GUI_PutStri ng5_7(10,22,"Temp:");GUI_PutStri ng5_7(10,35,"Humi:");G

38、UI_PutStri ng5_7(10,48,"Light:");LCM_Refresh();while(1)th_read(&tempera,&humidity);/讀取溫度和濕度sprintf(s, (char*)"%d%d C", (INT16)(int)tempera / 10),(INT16)(i nt)tempera % 10);/將溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GUI_PutStri ng5_7(48,22,(char *)s); /顯示結(jié)果LCM_Refresh();sprintf(s,(char*)"%d%d %&quo

39、t;,(INT16)(int)humidity / 10),(INT16)(i nt)humidity % 10);/將濕度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串GUI_PutStri ng5_7(48,35,(char *)s); /顯示結(jié)果LCM_Refresh();3、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持3、1所使用的試驗(yàn)箱概述物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOV-T-2530采用系列傳感器模塊和無線節(jié)點(diǎn)模塊組成無線傳 感網(wǎng),擴(kuò)展嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)廣域訪問,可實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架,完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無線信號(hào)收發(fā)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊、組件限制全過程.該工具箱提供 了無線傳感網(wǎng)通信模塊、根本的傳感器及限制器模塊、

40、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)效勞器參考 軟件等,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)形式如以下圖：無純件廨冋it儲(chǔ)段用crnrirB Ui jf)仍R誥電譚井杞基ihu-(DrtM MJRD? 'hff3、2實(shí)現(xiàn)基于CC2530勺溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個(gè)無線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,其結(jié)構(gòu)如下:無線節(jié)點(diǎn)模塊：主要有射頻單片機(jī)構(gòu)成,MCU是TI的CC2530,2.4G載頻,棒狀天 傳感器及限制模塊：系列傳感器模塊,包括溫濕度傳感模塊、繼電器模塊和RS232 模塊等,也可以通過總線擴(kuò)展用戶自己的傳感器及限制器部件.電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及限制模塊的連接,又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 供電,目前主要

41、有兩節(jié)電池供電,保存外接電源接口,可以直接有直流電供電.節(jié)點(diǎn)圖如下：第三章基于CC2530的Zigbee協(xié)議棧3、1 基于 CC2530的 ZIGBEE協(xié)議棧3、1、1 Zigbee 技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景Zigbee 技術(shù)的使用與開展很大程度上彌補(bǔ)了無線通信市場(chǎng)上低功耗、低本錢、低速 率的空缺, Zigbee 技術(shù)開展成功的關(guān)鍵更多的是由于豐富而便捷的應(yīng)用,并不是技術(shù)本 身.隨著 Zigbee 技術(shù)的深入開展和應(yīng)用,越來越多的注意力和研究力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的 設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面. Zigbee 技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是開展一種易布建、 低本錢、低功耗的無線網(wǎng)絡(luò),其低耗電性將使產(chǎn)品的電池

42、能維持 6 個(gè)月到數(shù)年的時(shí)間.對(duì) Zigbee 技術(shù)的應(yīng)用前景預(yù)測(cè)被非常好. Zigbee 在未來的幾年里將在工業(yè)無線定 位、工業(yè)限制、消費(fèi)電子、汽車自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備限制等多個(gè) 限制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景, 特別是工業(yè)限制和家庭自動(dòng)化, 將成為今后 Zigbee 芯片 的主要應(yīng)用領(lǐng)域.通常符合以下條件之一的應(yīng)用,就可以考慮采用 Zigbee 技術(shù)：網(wǎng)點(diǎn)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多.低傳輸量：要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)本錢低.可靠性高：要求數(shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高.體積?。涸O(shè)備體積很小,體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置.電池供電.覆蓋量大：所需檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多,地形

43、復(fù)雜,需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積. 現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū).遙測(cè)、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸.局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用 GPS效果差、本錢高的.根據(jù) Zigbee 聯(lián)盟的觀點(diǎn),一般家庭可將 Zigbee 應(yīng)用于以下裝置： 燈光、窗簾的自動(dòng)限制以及空調(diào)系統(tǒng)的溫度限制器.緊急呼叫器,老年人與行動(dòng)不便者或者病患的緊急呼叫. 各種電子設(shè)備,家用電器的萬能遙控器、電腦等的無線鍵盤、無線鼠標(biāo),搖桿、 玩具等.家庭煙霧濃度偵測(cè)器.家具智能型標(biāo)簽.Zigbee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是就是 Zigbee 應(yīng)用方案的經(jīng)典應(yīng)用.無線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于 IEEE802.15.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和 Zigbee 網(wǎng)

44、絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò), 該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用 在壓力過程限制數(shù)據(jù)采集、流量過程限制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、工業(yè) 限制、數(shù)據(jù)中央、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉(cāng)庫(kù)貨物監(jiān)控等方 面.適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控,鋼鐵冶煉溫度限制,煤氣抄表等各 個(gè)領(lǐng)域.這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無線系統(tǒng)中短距離的連接,提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入,能夠滿足 各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入限制的命令和信息的需求,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化.這 種網(wǎng)絡(luò)是低速率的無線傳感網(wǎng)絡(luò),射頻傳輸本錢低,各節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量,低功耗, 適用于電池長(zhǎng)期工作供電,可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn),兩點(diǎn)之間的對(duì)等通信,快速組網(wǎng)自動(dòng)配 置

45、,自動(dòng)恢復(fù)和高級(jí)電源治理,網(wǎng)絡(luò)中任意個(gè)傳感器之間可相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信.3、 1、 2 低功耗低速率技術(shù)特點(diǎn)Zigbee 技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無線通信技術(shù),這種通信組網(wǎng)是基于 中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的.根據(jù) Zigbee 技術(shù)的本質(zhì),它具有以下特性：1、低功耗 在非工作模式時(shí), Zigbee 節(jié)點(diǎn)是處于休眠狀態(tài)的. Zigbee 設(shè)備休眠激活 時(shí)延為15ms搜索時(shí)延一般為30ms由于收發(fā)信息低功耗,工作時(shí)間短,且采用了休眠 模式,使 Zigbee 節(jié)點(diǎn)耗電極少,其電池工作時(shí)間可長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右.同時(shí),由于 電池使用時(shí)間取決于電池種類、 容量和應(yīng)用場(chǎng)合等很多因素,

46、 因此 Zigbee 技術(shù)在協(xié)議上 對(duì)電池的使用也做了優(yōu)化；對(duì)于某些工作實(shí)踐和總時(shí)間之比小于1%的情況,電池壽命甚至可以超過 10 年.工作模式下, Zigbee 信號(hào)的收發(fā)時(shí)間短, 由于傳輸數(shù)據(jù)量小,傳輸速 率低；2、高度擴(kuò)展性通過 Network Coordinator 的網(wǎng)絡(luò)最多可到達(dá) 6500 個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),再加上 Network Coordinator 的可互相連接性,整體 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目將十分龐大.但是, 就一般來說,一個(gè) Zigbee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括 255 個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn), 有一個(gè)是 Master 設(shè) 備,其余那么都是 Slave 設(shè)備.3

47、、可靠性Zigbee技術(shù)中為了提升可靠性,在Zigbee介質(zhì)接入限制層MACg中, 采用了 talk-when-ready 的碰撞機(jī)制這是一種完全確定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,在這種傳輸機(jī) 制下,當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí),那么馬上傳送.每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送都必須等待對(duì)方確實(shí)認(rèn)消 息,并進(jìn)行信息確信回復(fù),如果沒有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞,將再傳一 次.這種方法的采用可以提升系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?同時(shí), Zigbee 針針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用 也做了優(yōu)化,通過時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短.也為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù) 預(yù)留了專用時(shí)隙,預(yù)防了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突.3、1、 3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蒢igbee 每個(gè)節(jié)點(diǎn)

48、的功能并非相同,由于它是以一個(gè)個(gè)獨(dú)立的工作點(diǎn)為依托,通過無線通信組成星狀、樹樁或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò).有半功能設(shè)備RFD和全功能設(shè)備FFD之分,負(fù)責(zé)與所限制的子節(jié)點(diǎn)會(huì)聚數(shù)據(jù)、通信和發(fā)布限制,或起到通信路由的作用,稱之為全功能設(shè)備FFD;另外還有一些節(jié)點(diǎn),也就是系統(tǒng)中大局部節(jié)點(diǎn),為子節(jié)點(diǎn),從組網(wǎng)通 信上,它只是其中功能的一個(gè)子集,并成為半功能設(shè)備 RFD.每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)相當(dāng)于現(xiàn)在有線局域網(wǎng)中的效勞器的唯一的協(xié)調(diào)器,具有對(duì)本網(wǎng) 絡(luò)的治理水平.網(wǎng)絡(luò)中的全功能節(jié)點(diǎn)可作為路由器、協(xié)調(diào)器以及終端節(jié)點(diǎn)來使用,而半 功能節(jié)點(diǎn)只能由終端節(jié)點(diǎn)使用.在任何一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào) PAN標(biāo)識(shí)符

49、利用PAN標(biāo)識(shí)符,米用16位的短地址碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信, 并可激活網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間 的通信.Zigbee路由和協(xié)調(diào)器需要對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù).Zigbee路由和協(xié)調(diào)器也可以保存一定 數(shù)據(jù)量得入口,僅僅在路由維護(hù)時(shí)使用這些入口,或者在耗盡所有其他的路由容量的情 況下使用這些入口.路由選擇是在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備相互合作條件下建立路由的一個(gè)流程的選擇,并且該流 程通常與特定的源地址和目的地址相對(duì)應(yīng).路由選擇包括如下流程：1、路由搜索的初始化.2、接受路由請(qǐng)求命令幀.3、接受路由應(yīng)答命令幀3、2 Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)：應(yīng)雨河僮APS DE SAP事點(diǎn).IAPS DE SAPAPSAPS 信恿中I述ft 理

50、Zigbee協(xié)議結(jié)構(gòu)體系Zigbee協(xié)議棧由一組子層組成,每一層為其上層提供一定的特定效勞：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí) 體提供數(shù)據(jù)傳輸效勞,一個(gè)治理實(shí)體提供治理、維護(hù)等效勞.每個(gè)效勞實(shí)體通過一個(gè)服 務(wù)接入點(diǎn)(SAP為其上層提供效勞接口,并且每個(gè)效勞接入點(diǎn)(SAP提供了一系列的根本效勞指令來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能.Zigbee協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層：APP(Application Programming)：應(yīng)用層目錄,這是用戶創(chuàng)立各種不同工程的區(qū)域, 在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)工程的主要內(nèi)容,在協(xié)議棧里面一般是以操作 系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的.HAL( Hardware (H/W) Abstraction Lay

51、er):硬件層目錄,包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù).ZigBee硬件層通過射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從MAC層以硬件層無線信道的接口.在硬件層中,包含一個(gè)硬件層治理實(shí)體(PLME),該實(shí)體通過調(diào)用硬件層的治理功能函數(shù),為硬件層治理效勞提供其接口,同時(shí),還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件 層所治理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù),該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)的根本信息.物理層結(jié)構(gòu)模型MAC介質(zhì)接入限制子層,包含了 MAC層的參數(shù)配置文件及其 MAC的LIB庫(kù)的函數(shù) 接口文件.實(shí)現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo).2、支持PAN勺連接和斷開連接.3、同 信標(biāo)保持同步.4、在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路.5、處理和維

52、護(hù)GTS 機(jī)制.6、信道接入采用CSMA-C接入機(jī)制.7、支持設(shè)備的平安性.介質(zhì)訪問限制層(MAC) 幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)其長(zhǎng)度不超過127個(gè)字節(jié).它具有四種不同的幀形 式,即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀.MT(Monitor Test ):實(shí)現(xiàn)通過串口可控各層,與各層進(jìn)行直接交互.NW(ZigBee Network Layer ):網(wǎng)絡(luò)層目錄,含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫(kù)的 函數(shù)接口文件,APS層庫(kù)的函數(shù)接口.OSAL( Operating System (OS) Abstraction Layer):協(xié)議棧的操作系統(tǒng).Profile : AF (Application

53、 work ) 層目錄,包含 AF層處理函數(shù)文件.Security ：平安層目錄,平安層處理函數(shù),比方加密函數(shù)等.Services ：地址處理函數(shù)目錄,包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù).Tools ：工程配置目錄,包括空間劃分及 ZStack 相關(guān)配置信息.ZDOZigBee Device Objects : ZDO目錄.ZMac MAC層目錄,包括MAC層參數(shù)配置及MAC層LIB庫(kù)函數(shù)回調(diào)處理函數(shù).ZMai n：主函數(shù)目錄,包括入口函數(shù)及硬件配置文件.Output ：輸出文件目錄,這個(gè) EW8051 IDE 自動(dòng)生成的.3、3: Zigbee 協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層：3、3、1 網(wǎng)絡(luò)層概述及其實(shí)現(xiàn)功

54、能ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層必須提供功能,其的主要就是提供一些必要的函數(shù),以保證IEEE802.15.4-2003ZigBee協(xié)議棧的MAC!能夠正確操作,正常工作,并且為應(yīng)用層提供一個(gè) 適宜的效勞接口.為了和應(yīng)用層通信,必須向其提供接口,網(wǎng)絡(luò)層的概念包括了兩個(gè)必 要的功能效勞實(shí)體,提供必要的功能.它們分別為數(shù)據(jù)效勞實(shí)體NLDE和治理效勞實(shí)體NLM.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體NLDE通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)效勞接入點(diǎn)NLDE-SAP 提供數(shù)據(jù)傳輸效勞,網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體NLME通過網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的治理庫(kù)效勞接入點(diǎn)NLME-SAP提供網(wǎng)絡(luò)治理效勞,網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體來獲得一些網(wǎng)絡(luò) 治理任務(wù),并完成一些網(wǎng)絡(luò)的治

55、理工作.并且,網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)治理對(duì)象的 數(shù)據(jù)庫(kù),叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)NIB,網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)NIB的維護(hù)和管 理.1、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體 NLME 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供一個(gè)數(shù)據(jù)效勞,同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,即在同一個(gè)內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)中的兩個(gè)或者更多的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時(shí),允許一個(gè)應(yīng)用程序?qū)⒏鶕?jù)應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元APDU的格式進(jìn)行傳送數(shù)據(jù).網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供如下效勞： 生成網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的協(xié)議數(shù)據(jù)單元網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDUNPDU：網(wǎng)絡(luò)層數(shù) 據(jù)實(shí)體NLME通過增加一個(gè)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭,從應(yīng)用支持子層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDU中生 成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 NPDU. 指定拓?fù)鋫鬏斅酚桑壕W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體能夠發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

56、層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一 個(gè)適宜的設(shè)備,該設(shè)備可以是最終的目的通信設(shè)備,也可能是通信鏈路中到最終目的節(jié) 點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn).2、網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體 網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)治理效勞,允許一個(gè)應(yīng)用程序與堆棧相互作用.并且網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)NIB的治理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù).網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體應(yīng)該提供如下效勞： 配置一個(gè)新的設(shè)備：為所需的操作充分配置協(xié)議棧的功能.為保證設(shè)備正常工作的需要,滿足配置的需要,設(shè)備應(yīng)該具有足夠堆棧.配置選項(xiàng)中包括對(duì)一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器的操作,或參加一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò). 開始一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能,使之具有建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的水平. 參加、重新參加和離開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)參加、重

57、新參加和離開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能, 以及為一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器或者ZigBee路由器請(qǐng)求一個(gè)設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)的水平.具有連接 或者斷開一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的水平. 尋址：ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee路由器具有為新參加網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址的能 力. 鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)、記錄和匯報(bào)有關(guān)單跳鄰居設(shè)備信息的水平. 路由發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)和記錄有效地傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由水平,即信息可以有效 的傳達(dá). 收限制：具有限制設(shè)備接收機(jī)接收狀態(tài)的水平,即限制何時(shí)接收者是激活的, 以及接收激活時(shí)間的長(zhǎng)短,從而使 MAC層的同步或者直接接收等. 路由：具有使用不同路由機(jī)制的水平.有單播、多播、播送等,使得路由能夠在 網(wǎng)絡(luò)中高效率的交換數(shù)據(jù).3、網(wǎng)絡(luò)層效勞標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層通過兩種效勞訪問點(diǎn)SPA提供相應(yīng)的兩種效勞,它們分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服 務(wù)NLDE和網(wǎng)絡(luò)層治理效勞NLME.網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)效勞通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體效勞接入點(diǎn) 接入,網(wǎng)絡(luò)層治理效勞通過網(wǎng)絡(luò)層治理實(shí)體效勞接入點(diǎn)接入.這兩種分別效勞通過MCPS-SA和 MLME-SA接口為 MACg提供接口.這些接口之外, 在 NLDE-SAP口