智能超市系統(tǒng)-電子系統(tǒng)課設(shè)任務(wù)書(shū)

1、第一章 緒論1.1無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究背景無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用的高科技技術(shù)，可以廣范應(yīng)用于軍事，國(guó)家安全，交通管理，災(zāi)害預(yù)測(cè)，醫(yī)療衛(wèi)生，制造業(yè)和城市信息化建設(shè)等領(lǐng)域。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)由許許多多功能相同或不同的的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)組成，每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)又由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器,A/D轉(zhuǎn)換器），數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器，存儲(chǔ)器），通信模塊（無(wú)線收發(fā)器）和供電模塊（電池，DC/AC能量轉(zhuǎn)換器）等組成，近期微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)的發(fā)展為傳感器的微型化提供可能，微處理技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了傳感器的智能化，通過(guò)MEMS技術(shù)和射頻（RF）通信技術(shù)的融合促進(jìn)了無(wú)線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的誕生。傳統(tǒng)的傳感

2、器正逐步實(shí)現(xiàn)微型化，智能化，信息化，網(wǎng)絡(luò)化，正經(jīng)歷著一個(gè)從傳統(tǒng)傳感器到智能傳感器再到嵌入式web的內(nèi)涵不斷豐富的發(fā)展過(guò)程。1.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用。將會(huì)給人們的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。各國(guó)都非常重視無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì),期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。美國(guó)技術(shù)評(píng)論雜志在論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也加入其中。在“中國(guó)未來(lái)20年技術(shù)遇見(jiàn)研究”中總共157個(gè)技術(shù)課題，其中有7項(xiàng)是直接論述傳感網(wǎng)絡(luò)的。2006年初發(fā)布的國(guó)家

3、長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要為信息技術(shù)確定了三個(gè)前沿方向，其中兩個(gè)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究直接相關(guān)，即智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?？梢灶A(yù)計(jì)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用是一種趨勢(shì)，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)極大的變革。國(guó)際上比較有代表性和影響力的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用和研發(fā)項(xiàng)目有遙控戰(zhàn)場(chǎng)傳感器系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)及靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)，智能塵埃，行為習(xí)性監(jiān)控項(xiàng)目和美國(guó)皇家網(wǎng)絡(luò)等，尤其是最新試驗(yàn)成功的低成本美軍“狼群”地面無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)著電子戰(zhàn)領(lǐng)域技術(shù)的最新突破。俄亥俄州正在開(kāi)發(fā)“沙地直線”無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠散射電子絆網(wǎng)到任何地方，以偵測(cè)運(yùn)動(dòng)的高金屬含量目標(biāo)。民用方面，美國(guó)，日本等國(guó)家在對(duì)該技術(shù)不斷研

4、發(fā)的基礎(chǔ)上在多領(lǐng)域也進(jìn)行了應(yīng)用。1.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的研究前景微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微笑體積內(nèi)能夠集成信息采集，數(shù)據(jù)處理，和無(wú)線通信等多種功能。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信等多種方式組成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作和感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器，感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了傳感網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素，。如果說(shuō)Internet構(gòu)成了邏輯上的信息世界，改變了人與人之間的溝通方式，那么，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改

5、變?nèi)祟?lèi)與自然界的交互方式。人們可以通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)世界直接感知客觀世界，從而極大地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的能力。未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)除了以低成本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸外，還要求在無(wú)專(zhuān)用通信基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)性和生存能力，因此無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)將因器靈活性而在未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在給定局部區(qū)域內(nèi)足夠多的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種新型信息獲取系統(tǒng)。并且具有一定的計(jì)算能力，。各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息的交流，匯集和處理，從而實(shí)現(xiàn)給定局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的探測(cè)，識(shí)別，定位和跟蹤，隨著通信技術(shù)，嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能

6、力，計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器開(kāi)始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種沒(méi)有預(yù)定技術(shù)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，信道的環(huán)境，業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)改變。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)可以快速地為名用和軍事應(yīng)用建立通信平臺(tái)。第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的比較分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network， WSN)是無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域最新的，最流行的應(yīng)用。正 是由于最新，所以現(xiàn)在還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前全球 有許多研究機(jī)構(gòu)和組織在進(jìn)行技術(shù)與規(guī)格的開(kāi)沒(méi)， 提出了不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。他們是ZigBee、Z-wave ，

7、 Bluetooth ，Wibree ，6I0WPAN 等，這些 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以ZigBee、Z-wave最成熟,基本形成 兩大陣營(yíng)。本文即對(duì)此兩家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面比較分析。2.1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)，也稱(chēng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)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(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。2.2 ZigBee的發(fā)展ZigBee標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建于九十年代，當(dāng)時(shí)作為Wi-Fi

8、和藍(lán)牙之外的另一個(gè)選擇用于某些場(chǎng)合。IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)在2003年完成并在2006年得到升級(jí)。ZigBee聯(lián)盟成立于2004年，目的是維護(hù)該標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)繼續(xù)開(kāi)發(fā)并提供互操作性測(cè)試。作為無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee可以用于直接通信，但大多數(shù)應(yīng)用基于星形或樹(shù)狀拓?fù)渚W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。主節(jié)點(diǎn)控制其他的連接點(diǎn)，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)不能和另一節(jié)點(diǎn)通信，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)作為中繼器與通信范圍內(nèi)的其他的節(jié)點(diǎn)相連。ZigBee可支持6.5萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。ZigBee設(shè)備運(yùn)行于免費(fèi)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段。最受歡迎的配置都在2.4GHz頻帶，而ZigBee定義了16個(gè)5MHz的運(yùn)行頻段。最高數(shù)據(jù)率為250kbits/s,

9、使用交錯(cuò)正交相移鍵控（OQPSK）。2.3 Z-Wave技術(shù)簡(jiǎn)介Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。工作頻帶為908.42MHz(美國(guó))868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6 kbps，信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場(chǎng)合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加，相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)將是最低功耗和最低成本的技術(shù)，有力地推動(dòng)著低速率無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。2.4 Z-Wave的發(fā)展前景通過(guò)Z-Wave技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線網(wǎng)

10、絡(luò)，不僅可以通過(guò)本網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遙控，甚至可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)對(duì)Z-Wave網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行控制。在2011年美國(guó)ces展，wintop都已經(jīng)推出基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的產(chǎn)品，如遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程照明控制等，且該技術(shù)已經(jīng)成熟，主要是一個(gè)市場(chǎng)開(kāi)拓及消費(fèi)群體的培育還需要一段時(shí)間。隨著Z-Wave聯(lián)盟的不斷進(jìn)擴(kuò)大，該技術(shù)的應(yīng)用也將不僅僅局限于智能家居方面，在酒店控制系統(tǒng)，工業(yè)自動(dòng)化，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域，都將發(fā)現(xiàn)Z-Wave無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的身影。2.5ZigBee和Z-Wave的比較分析ZigBee和Z-Wave短距離無(wú)線技術(shù)都用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，但兩種技術(shù)的規(guī)格和應(yīng)用卻不同。在美國(guó)應(yīng)用越來(lái)越廣泛的

11、家庭局域網(wǎng)（home-area network, HAN）中，兩種技術(shù)都是理想選擇。本文將對(duì)比這兩種廣泛使用的無(wú)線技術(shù) 2.5.1 工作頻率與傳輸速率比較 對(duì)傳輸速率進(jìn)行比較，ZigBee工作在20至250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，可滿(mǎn)足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。其中2.4GHz是一個(gè)全球通用的ISM頻率。Z-Wave的主要工作頻段有兩個(gè)，一個(gè)是868.42MHz(歐洲)，另一個(gè)則是908.42MHz(美國(guó))。而Z-Wave的傳輸速率更低，只有40kbps。實(shí)際上監(jiān)控和控制應(yīng)用等并不需

12、要太高的傳輸速率，所以Z-Wave已足以應(yīng)對(duì)家庭市場(chǎng)的需要。不過(guò)ZigBee的更高數(shù)據(jù)速率有助于進(jìn)一步改善應(yīng)用，特別是電池供電方案中的功耗問(wèn)題。2.5.2 傳輸距離比較ZigBee的傳輸距離大致在0300米,其中2.4GHz的傳輸距離只有10 m左右。915 MHZ的傳 輸距離為30 -75 m,868 MHz的傳鏑距離為 300m。而Z-Wave的傳輸距離為室內(nèi)大于30m，室 外大于100 m。但上述只是二者單段傳輸距離的理 論值，實(shí)際的傳輸距離還必須要根據(jù)發(fā)射功率的大 小、位用模式以及中繼節(jié)點(diǎn)的使用清況而定。2.5.3 設(shè)計(jì)成本與功耗對(duì)比Z-Wave始終專(zhuān)注于家庭控制應(yīng)用市場(chǎng)，在這一點(diǎn)上，

13、它比ZigBee的應(yīng)用領(lǐng)域更加明確，結(jié)構(gòu)也更簡(jiǎn)單。ZigBee技術(shù)最初是定位于建筑自動(dòng)化及工業(yè)控制應(yīng)用，近年來(lái)才開(kāi)始進(jìn)軍家用市場(chǎng)。由于ZigBee面向的是多種應(yīng)用，這意味著包含更多的協(xié)議，需要占用更多的內(nèi)存，所以成本可能要更高一些。 這兩種技術(shù)在功耗方面均有不俗表現(xiàn)，低耗電待機(jī)模式下，ZigBee系統(tǒng)用兩節(jié)普通5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6至24個(gè)月，免去了充電或者頻繁更換電池的麻煩。而Z-Wave的輕量級(jí)協(xié)議和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)有助于保持更低的功耗，其單芯片解決方案可以為電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備，如：溫度調(diào)節(jié)器和傳感器提供先進(jìn)的省電模式。2.5.4 傳輸結(jié)構(gòu)與安全性分析Z-Wave可支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，其多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)

14、的連接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆蓋范圍。該技術(shù)中集成的動(dòng)態(tài)路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)了虛擬的無(wú)限制信號(hào)傳輸范圍，每個(gè)Z-Wave設(shè)備都可以將信號(hào)從一個(gè)設(shè)備重傳至另一個(gè)，從而保證高度可靠的傳輸覆蓋整個(gè)家庭范圍。 ZigBee更可支持網(wǎng)狀、星型和簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹igBee的傳輸范圍一般在10100m之間，具體依據(jù)實(shí)際發(fā)射功率的大小和各種不同的應(yīng)用模式而定。當(dāng)然，這一數(shù)字指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離還可以更遠(yuǎn)。并且，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送失敗，信息仍能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的其它路徑被傳送出去，提高了通信的可靠性。 無(wú)線通信還有一個(gè)困擾所有用戶(hù)的問(wèn)題，這就是數(shù)據(jù)安全性。ZigBee提供

15、了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性。目前的Z-Wave產(chǎn)品尚未提供此類(lèi)功能。2.5.5 ZigBee技術(shù)開(kāi)放性和互通性?xún)?yōu)勢(shì)明顯在通信領(lǐng)域，技術(shù)開(kāi)放性和互通性無(wú)疑是一個(gè)非常重要的衡量指標(biāo)。ZigBee技術(shù)憑借與IEEE 802.15.4小組的成功合作，將極有可能在今后的發(fā)展和推廣中占據(jù)有利地位。這樣，在商用化的過(guò)程中，不同廠商生產(chǎn)的ZigBee產(chǎn)品可以依據(jù)同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方便地實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。表1：ZigBee于Z-Wave的綜合比較ZigBee和Z-Wave的標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用技

16、術(shù)頻段調(diào)制方式數(shù)據(jù)速率范圍應(yīng)用ZigBee2.42.843G250kbits/s10300米家庭自動(dòng)化智能電網(wǎng)遠(yuǎn)程控制Z-Wave908.42MHz9.6/50Kbits/s30100米家庭自動(dòng)化安全2.5.6 比較總結(jié)ZigBee和Z-Wave的目標(biāo)應(yīng)用一致。其中ZigBee的通用性遠(yuǎn)超Z-Wave,幾乎可以配置并實(shí)現(xiàn)任何短距離無(wú)線功能，應(yīng)用規(guī)范也可以大大縮短普通應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)間。另一方面，ZigBee的協(xié)議更復(fù)雜，開(kāi)發(fā)時(shí)間也更長(zhǎng)。Z-Wave采用更簡(jiǎn)單的協(xié)議，開(kāi)發(fā)更快也更簡(jiǎn)單。ZigBee使用應(yīng)用廣泛的2.4GHz ISM頻段，因此必須與Wi-Fi、藍(lán)牙和其它無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)共享頻段，會(huì)產(chǎn)生干擾。大

17、多數(shù)ZigBee設(shè)備都有有助于緩解干擾的共存功能，但潛在的2.4GHz干擾比Z-Wave所處的908.42MHz通道更大。第三章 ZigBee模塊3.1 ZigBee 的應(yīng)用智能家庭：家里可能都有很多電器和電子設(shè)備，如電燈、電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、電腦、空調(diào)等等，可能還有煙霧感應(yīng)、報(bào)警器和攝像頭等設(shè)備，以前我們最多可能就做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，但如果使用了無(wú)線ZigBee技術(shù)，可以把這些電子電器設(shè)備都聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，甚至可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet，這樣用戶(hù)就可以方便的在任何地方監(jiān)控自己家里的情況，并且省卻了在家里布線的煩惱。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：傳感器網(wǎng)絡(luò)也是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)，像貨物跟蹤、

18、建筑物監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等方面都有很好的應(yīng)用前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求節(jié)點(diǎn)低成本、低功耗，并且能夠自動(dòng)組網(wǎng)、易于維護(hù)、可靠性高。ZigBee在組網(wǎng)和低功耗方面的優(yōu)勢(shì)使得它成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個(gè)很好的技術(shù)選擇。工業(yè)控制：工廠環(huán)境當(dāng)中有大量的傳感器和控制器，可以利用無(wú)線ZigBee技術(shù)把它們連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)作業(yè)管理，降低成本。醫(yī)療監(jiān)護(hù)：電子醫(yī)療監(jiān)護(hù)是最近的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在人體身上安裝很多傳感器，如測(cè)量脈搏、血壓，監(jiān)測(cè)健康狀況，還有在人體周?chē)h(huán)境放置一些監(jiān)視器和報(bào)警器，如在病房環(huán)境，這樣可以隨時(shí)對(duì)人的身體狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生問(wèn)題，可以及時(shí)做出反應(yīng)，比如通知醫(yī)院的值班人員。這些傳感器、監(jiān)視器和報(bào)

19、警器，可以通過(guò)無(wú)線ZigBee技術(shù)組成一個(gè)監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，由于是無(wú)線技術(shù)，傳感器之間不需要有線連接，被監(jiān)護(hù)的人也可以比較自由的行動(dòng)，非常方便。3.2ZigBee 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建立 圖1 ZigBee模塊 圖2 常見(jiàn)ZigBee開(kāi)發(fā)板3.2.1 ZigBee模塊的組網(wǎng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)通常由三種節(jié)點(diǎn)構(gòu)成：Coordinator：用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并為最初加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分配地址，每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要且只需要一個(gè)Coordinator。Router：也稱(chēng)為ZigBee全功能節(jié)點(diǎn)，可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，起到路由的作用，也可以收發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)成一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，還能保持網(wǎng)絡(luò)，為后加入的節(jié)點(diǎn)分配地址。End D

20、evice：終端節(jié)點(diǎn)，通常定義為電池供電的低功耗設(shè)備，通常只周期性發(fā)送數(shù)據(jù)，不接收數(shù)據(jù)。3.2.2 網(wǎng)絡(luò)的搭建設(shè)計(jì)好節(jié)點(diǎn)硬件電路，把每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置好ZigBee 模塊信息，這樣就建立了一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)，具體如圖3 所示。如果把其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)n 的發(fā)送模式定義為“廣播模式”，其它節(jié)點(diǎn)的目的網(wǎng)絡(luò)地址都為節(jié)點(diǎn)n 的本地網(wǎng)絡(luò)地址，就可把點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)變成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)硬件網(wǎng)絡(luò)，具體如圖 4所示。圖3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò) 圖4 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.2.3 ZigBee硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái) CC2530芯片介紹:CC2530 整合了業(yè)界領(lǐng)先的2.4GHZ IEEE802.15.4/

21、 zigbee RF收發(fā)機(jī)CC2520以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)性8051 mcu的卓越性能，還包括了8kB的sram，大容量flash以及許多其他的強(qiáng)大特性。CC2530芯片系統(tǒng)保持了CC2520所包含的作射頻性能，包括了超低功耗、高靈敏度，出眾的抗噪聲及抗干擾性能，所集成的mcu為強(qiáng)大的8位，單周期8051微控制器核心（其典型性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的8倍）。另外，CC2530還包括了許多強(qiáng)大的外設(shè)資源，如dma、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗定時(shí)器（watchdog timer）,aes-128協(xié)處理器，8-14位adc，usart，睡眠定時(shí)器，上電復(fù)位電路，掉電檢測(cè)電路以及21個(gè)可編程I/O引腳2。CC2530芯

22、片具有如下特性： 高性能和低功耗的8051微控制器核集成符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHZ的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性在休眠模式時(shí)僅0.9UA的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)， 在待機(jī)模式時(shí)少于0.6UA的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)。 硬件支持CSMA/CA功能。較寬的電壓范圍（2.0-3.6v）數(shù)字化RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能具有電池檢測(cè)和溫度感測(cè)功能集成了14位的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的adc集成AES安全協(xié)處理器帶有2個(gè)強(qiáng)大支持機(jī)組協(xié)議的USART，以及一個(gè)符合IEEE802.15.4規(guī)范的MAC 計(jì)時(shí)器，一個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器

23、；強(qiáng)大和靈活的開(kāi)發(fā)工具圖6 CC2530管腳圖第四章 小容量物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì) -小型智能超市系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1智能超市購(gòu)物系統(tǒng)隨者人們消費(fèi)水平的提高，大型超市購(gòu)物越來(lái)越受到人們的青睞，可足每逢周末，超市收銀臺(tái)前長(zhǎng)長(zhǎng)的隊(duì)伍對(duì) 人們購(gòu)物的心情和超市的效益產(chǎn)生極大的影響，而且有 時(shí)想買(mǎi)一樣?xùn)|兩，卻苦苦找不到地方。針對(duì)超市購(gòu)物的上述不便.人們研究出一種智能超市購(gòu)物車(chē)，它不僅能很快 指出想要購(gòu)買(mǎi)商品的位置和具體信息，引導(dǎo)人們很快找到 商品,同時(shí)智能購(gòu)物車(chē)還具有自動(dòng)結(jié)賬、查詢(xún)等功能，大人 節(jié)省了購(gòu)物的時(shí)問(wèn)，使人們的購(gòu)物輕松而愉快。4.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用ATmegal28單片機(jī)為主控芯片,通過(guò)電子掃描槍將

24、商品的條形碼識(shí)別后傳給ATmegal28單片機(jī)，單片機(jī)把收到的條形碼信息通過(guò)串口傳輸給ZigBee模塊,ZigBee無(wú)線傳輸模塊將條形碼信息傳給PC機(jī),PC機(jī)連接者ZigBee通過(guò)模塊負(fù)責(zé)商品信息的實(shí)時(shí)傳輸，在接收到條形碼信息后迅速通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)商品信息，同時(shí)將查詢(xún)的位息發(fā)送給ATmegal28單片機(jī).ATmegal128單 片機(jī)在接收到PC機(jī)發(fā)來(lái)的商品信息后通過(guò)其另一個(gè)串口控制觸摸屏提示商品信息和消費(fèi)總價(jià)。同時(shí)可以通過(guò)觸摸屏查詢(xún)商品打折信息和商品的以體位置。系統(tǒng)總體框如圖7所示。條形碼識(shí)別PC機(jī)觸摸屏控制ATmegal28單片機(jī)ZigBee無(wú)線模塊ZigBee無(wú)線模塊 圖7 系統(tǒng)總體框圖4.

25、3硬件電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用主要包括串口通信電路設(shè)計(jì)，ZigBee無(wú)線通信模塊應(yīng)用設(shè)計(jì)，串口顯示終端應(yīng)用條形碼掃描電路設(shè)計(jì)和紅外定位電路設(shè)計(jì)。4.3.1.串口通信電路設(shè)計(jì) ATmegal28單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的髙性能、低功耗8位單片機(jī)，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)。128單片機(jī)具有兩個(gè)可編程的串行USART,可以方便 地在顯示終端和無(wú)線傳輸模塊之間傳輸數(shù)據(jù)。 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口,遵循JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功 能，通過(guò)JTAG接口可以實(shí)現(xiàn)在線仿真調(diào)試和程序下載本文主要是通過(guò)ATme128單片機(jī)的兩個(gè)串口分別控制ZigBee無(wú)線模塊和觸摸屏。單片機(jī)和PC機(jī)通信時(shí)，由

26、于單片機(jī)輸人輸出電平是TTL電平，PC機(jī)配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，兩者的電器規(guī)則不同,要想進(jìn)行通信必須要通過(guò)電平轉(zhuǎn)換,通常采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，電路連接電路圖如圖9所示。圖8 ATmegal28管腳圖圖9 串口電路轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)4.3.2 ZigBee無(wú)線通信模塊應(yīng)用本系統(tǒng)只需要PC機(jī)和各個(gè)ZigBee模塊之間通信,所以選擇點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸適合于ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何兩點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸;數(shù)據(jù)透明傳輸 的接收方知道數(shù)據(jù)來(lái)來(lái)源的地址(增加最后2 byte);數(shù)據(jù)包 長(zhǎng)度最大36 byte(數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度32 byte);如在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中 從301A節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到51 2B節(jié)點(diǎn)

27、，應(yīng)當(dāng)發(fā)送FD 0A 51 2B 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10，其中FD是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù) 傳輸指令0A是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,512B是目標(biāo)地址,地址512B收到的數(shù)據(jù)為發(fā)送數(shù)據(jù)和源地址。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以在一個(gè)單一網(wǎng)絡(luò)中容納65535個(gè)節(jié)點(diǎn),完全可以滿(mǎn)足大型超市的購(gòu)物笛求,由于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)采用了 CSMA/CA機(jī)制(帶有沖突避免的載波偵聽(tīng)多 路訪問(wèn)技術(shù)）。確保了多點(diǎn)發(fā)送，利用ACK信號(hào)盡量避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。4.3.3 串口智能顯示終端應(yīng)用單片機(jī)通過(guò)串口和觸摸屏進(jìn)行通信,迪文智能顯示 終端采用的是四線電阻式觸摸屏,觸摸按鍵就是在屏幕上 顯示一個(gè)按鈕的

28、圖標(biāo)，當(dāng)用戶(hù)點(diǎn)擊該圖標(biāo)時(shí),該顯示終端 會(huì)通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送一串十六進(jìn)制數(shù),其中包含 觸換的位置坐標(biāo)，當(dāng)單片機(jī)收 到其坐標(biāo)后按預(yù)設(shè)的功能做出相應(yīng)的操作。觸摸屏所需圖片也是通過(guò)此軟件進(jìn)行下載和配 發(fā)。4.3.4 條形碼掃描電路設(shè)計(jì)條形碼的信息通過(guò)電子掃描槍掃描后通過(guò)PS2口將倍息輸入到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)外部中斷程序接收到通信 斷碼后將其轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)通過(guò)ZigBee模塊發(fā)送到PC機(jī). 4.3.5 定位方案設(shè)計(jì)木文所采用的ZigBee尤線模塊使用的是CC2530芯 片,由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸和沖突避免能力，其定位相對(duì) 復(fù)雜。針對(duì)本系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)，采用的是紅外線室內(nèi) 定位技術(shù)，其定位原理

29、是:紅外線發(fā)射器發(fā)射調(diào)制的紅外 射線,通過(guò)安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位，在本 系統(tǒng)中,在超布貨架上每隔3 m放置一個(gè)紅外發(fā)射器,每 個(gè)紅外發(fā)射器有固定的標(biāo)識(shí)ID,在智能購(gòu)物車(chē)上和紅外 發(fā)射器同等高度安裝有紅外接收器，根據(jù)接收的紅外編碼 不同可確定消費(fèi)者的具體位置及其相關(guān)信息。紅外發(fā)射可采用低功耗 的通用編碼芯片PT2262，PT2262可發(fā)出一個(gè)完整的編碼信信包括地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步3部分.本系統(tǒng)采用的是與PT2262配套的PT2272芯片進(jìn)行硬件解碼,其相關(guān)原理圖如圖10、圖11所示。圖10 PT2262編碼電路 圖11 PT2272解碼電路設(shè)計(jì)4.4軟件設(shè)計(jì)1.主程序流程本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括中單片片機(jī)串通口通信程序、外 部中斷接收掃描數(shù)據(jù)程序、迪文串口顯示終端控制程序和 PC機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)。主程序主要完成系統(tǒng)變量的初始化，通過(guò)電子掃描 槍掃描條形碼數(shù)據(jù)并通過(guò)ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊與PC機(jī) 建立通信，返回的信息在液晶顯示終端顯