基于ZigBee的无线温湿度采集系统设计PPT文档格式.ppt

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,2022/10/18,1绪论,1.2系统设计思路,2022/10/18,ZigBee系统设计思路如下图：

1绪论,ZigBee协调器采集的数据传给C008终端，C008终端再通过C008基站上传到PC机，实现网络的大范围远程监控，网络如下图：

2022/10/18,1.3C008搭载ZigBee网络实现方案,2ZigBee协议简介,2.1ZigBee网络设备,IEEE（电气和电子工程师协会）定义了两种不同类型的设备：

一种是全功能设备（FFD），另一种是简化功能设备（RFD）。

FFD能够转发其他设备的数据帧，与多个其它的FFD或多个RFD进行通信；

RFD不能同其他终端节点通信，只能够同FFD进行通信。

ZigBee技术支持星型网、树状网和网状网三种网络拓扑，其网络中有三种的数据通信机制：

单播（Unicast）、组播（Multicast）和广播（Broadcast）。

2022/10/18,2.2ZigBee协议栈架构,ZigBee协议分两部分，IEEE802.15.4标准定义了物理层（PHY）和介质访问层（MAC）技术规范；

ZigBee联盟定义了网络层（NWK）、应用层（APL）技术规范。

2ZigBee协议简介,2022/10/18,3系统硬件设计,3.1系统整体设计,本文设计的系统，主要由1台PC机、1台协调器、多台终端和若干台路由器组成。

协调器负责建立网络，终端和路由器加入网络后，终端将采集的数据上传给协调器；

协调器通过串口上传数据至PC机，PC机通过上位机界面显示并存储。

2022/10/18,硬件平台的选择：

本文设计的系统选用TI的CC2530SoC芯片作为ZigBee无线网络的硬件解决方案。

3系统硬件设计,3.2协调器电路设计,2022/10/18,CC2530核心电路设计,3系统硬件设计,2022/10/18,CC2530核心电路设计,3系统硬件设计,3.3终端节点电路设计,终端节点负责数据采集。

温湿度传感器DHT11应用电路如右图：

2022/10/18,终端节点工作位置不确定，使用电池供电，电路如右图：

终端节点去掉了USB转串口电路。

核心电路、复位电路、Debug下载电路以及网络指示灯电路参考协调器电路的设计。

3.4路由器电路设计,路由器设计时，去掉了USB转串口电路，加上了传感器应用电路。

复位电路、Debug下载电路、网络指示灯电路以及传感器应用电路参考协调器电路的设计。

4系统软件设计,4.1软件平台概述,2022/10/18,系统设备软件部分选择TI的Z-Stack2007协议栈；

采用软件平台IAR-EW开发。

上位机界面选择LabVIEW设计。

4.2ZigBee设备通信,ZigBee协议栈：

使用ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0协议栈的SampleApp进行设计开发。

Z-Stack由main（）函数开始执行，main（）函数共做了2件事：

一是系统初始化，另外一件是开始执行轮转查询式操作系统。

用户自己添加的应用任务程序在Zstack中的调用过程为：

main（）-osal_init_system（）-osalInitTasks（）-SampleApp_Init（），具体如右图：

4系统软件设计,2022/10/18,Z-Stack中操作系统是基于优先级的轮转查询式操作系统，执行流程图如右图：

4系统软件设计,2022/10/18,在一个网络结构中，只有一个协调器和数个终端节点以及若干个路由器组成。

网状网络是树状网络基础上实现的，与树状网络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点直接互连，由路由器中的路由表实现消息的网状路由。

数据的收发：

网状网程序设计:

ZigBee设备间通信：

设备发送端，调用自定义的发送函数（SampleApp_Send_P2P_Message）发送数据；

接收端就调用事件任务处理（SampleApp_ProcessEvent）、消息处理函数（SampleApp_MessageMSGCB）接收数据。

设备发送的数据包括发送设备的64位扩展IEEE地址和DHT11的采集温湿度。

其中跟据DTH11的传输时序编写温湿度采集程序，程序主要包括：

延时函数，8位数据写入，DHT11传感器启动、读取数据。

4系统软件设计,2022/10/18,4.3上位机设计,上位机界面使用LabVIEW编写。

LabVIEW前面板主要是一些输入输出控件，界面的布局等；

后面板是程序框图，主要是串口数据读取、数据包解析、数据的存储等，后面板程序如下图：

4系统软件设计,2022/10/18,5网络测试与分析,5.1组网测试,建立一个简单的网络，该网络包括1个协调器、1个路由器和1个终端节点。

协调器和路由器采用电源供电，终端节点采用电池供电。

依次给协调器、路由器和终端节点上电。

观察到，所有节点的LED灯均闪烁然后常亮，协调器建网成功；

路由器和终端节点也成功加入了网络。

测试现象如下图：

2022/10/18,5网络测试与分析,5.2无障碍测试,在空旷的广场将协调器位置固定，终端节点从距离为10米的地方开始，每10米记录一次，到100米结束。

每次发送数据包100次，从上位机界面观察成功接收的数据包个数，计算丢包率。

测试数据如下表所示：

2022/10/18,注：

实验中将协调器和终端节点都架高2米。

5网络测试与分析,5.3有障碍测试,有障碍测试，选在校园里进行，主要的障碍干扰是树木的遮挡。

2022/10/18,有障碍时，网络链路质量较差。

在实际应用中，应尽量避免在通信网络中有大型障碍物；

如不可避免，可考虑在有障碍物的地方放置路由器，增强网络通信能力。

5网络测试与分析,5.4温湿度采集系统功能测试,2022/10/18,搭建了一个简易的小型ZigBee网状网络，由1台PC机、1个协调器、2个路由器和1个终端节点组成。

终端节点和路由器A分别连接了DHT11温湿度传感器，路由器B未连接DHT11。

网络拓扑如下图：

按照右图布置网络，给各节点依次上电。

通过上位机界面，对数据进行实时的显示和储存，上位机界面显示如下图。

5网络测试与分析,5.4温湿度采集系统功能测试,2022/10/18,5网络测试与分析,5.5结果与讨论,针对试验中出现的问题，提出以下建议：

1.如何扩大网络的覆盖范围。

一般有两种方法：

（1）完善网络拓扑结构，增加路由节点，但会增大网络时延。

（2）发射功率，增加功率放大芯片。

增强了信号，提高了系统通信的可靠性，但增大了功耗。

2.网络拓扑规划，根据应用场景构建网络拓扑。

3.网络节能，根据实际应用调节CC2530的发射功率，有效节能，延长寿命。

4.上位机显示界面还有一些设计漏洞需要改进。

2022/10/18,谢谢观赏,2022/10/18,