基于zigbee的温湿度传感器设计本科毕业设计Word格式文档下载.docx

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摘要

无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。

大量传感器节点通过相互之间的分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。

无线传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。

随着传感器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛,无线传感器网络也被要求有更小功耗，更低成本，以及更方便使用的性能，在这种情况下，ZigBee技术应运而生。

ZigBee技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点，具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。

预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。

本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识和研究现状；

然后深入分析了ZigBee协议，给出了各层的功能；

之后，设计了ZigBee节点模块和温湿度传感模块，并在此硬件基础上设计了具有基本功能的ZigBee协议栈，同时提出了一种基于ZigBee的组网算法，通过扫描信道、建立网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层，实现了无线传感器组网功能；

在此基础上本文设计一个小型的温度湿度监控网络系统；

最后，对论文进行总结，提出今后的研究工作方向。

关键字：

ZigBee；

温湿度传感器；

无线通信；

无线温湿度传感器系统

Abstract

Wirelesssensornetworks（WirelessSensorNetwork,WSN）iscomposedofalargenumberofubiquitous，tinysensornodeshavetheabilitytocommunicatewiththeintensivecomputinglaidinthemonitoredareaunattendedconstitutedabletocompletetheassignedtasksindependentlyaccordingtotheenvironment"

smart"

autonomyandcontrolnetworksystem.Alargenumberofsensornodesthroughthedivisionoflaborbetweenthem,real-timesensing,monitoringandgatheringinformationonthedistributionareaoftheobjectorthesurroundingenvironment.Wirelesssensornetworksandtraditionalnetworkshavedistincttechnicalrequirements,theformerdata-centric,thelatterforthepurposeoftransferringdata.Withthegradualdevelopmentofsensornetworktechnology,itsapplicationsareincreasinglywidespread,wirelesssensornetworksarealsorequiredtohaveasmallerpowerconsumption,cost,andperformanceismoreconvenienttouse,inthiscase,ZigBeetechnologytobeshippedborn.

ZigBeetechnologyisashort-rangewirelesstwo-waycommunicationtechnologythathastheprotocolissimple,lowpowerconsumption,strongnetworkingcapabilities,networkcapacity,timeisshort,safe,reliableandlowcost,withapathselection,automaticlinknetworksandself-recoverycapabilities.Itisexpectedtobewidelyusedinconsumerelectronicdevices,intelligenthome,industrial,medicalequipmentcontrol,automation,andotherfieldsofagriculture.

Thispaperintroducesthebasicknowledgeandresearchofwirelesssensornetworks;

andin-depthanalysisoftheZigBeeprotocol,giventhefunctionofeachlayer;

thendesignedZigBeenodemoduletemperatureandhumiditysensormodule,andisdesignedonthebasisofthishardwaretheZigBeeprotocolstackhasthebasicfunctions,whilenetworkingalgorithmisproposedbasedonZigBee,byscanningchannel,networkingandtheestablishmentofthreestepsassociatednodestobuildasimplenetworklayer,toachieveawirelesssensornetworkfunction;

onthisbasis,wedesignasmalltemperatureandhumiditymonitoringnetworksystem;

Finally,thepapersummarizestheproposedfutureresearchdirections.

Keywords:

ZigBee;

WirelessTemperatureAndHumiditySeneorSystem;

WirelessCommunica-

-tion

第1章绪论

1.1引言

信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传输、处理和应用，信息化也成为了无水之源、无本之木。

随着现代微电子技术、微电机系统MEMS（Micro-Electro-MechanismSystem），片上系统SOC（System-On-Chip）、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅速发展，传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。

无线传感器网络是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。

无线传感器网络是一种特殊的Ad-Hoc网络，与传统的网络相比，它是一种以数据为中心的自组织无线网络。

网络中的节点密集，数量巨大且部署在十分广泛的区域；

网络拓扑结构动态变化，网络具有自组织和自调整的特点。

网络节点具有成本低体积小、能量极其有限、计算能力、存储能力和通信能力有限的特点，其中节点的能耗是设计节点时考虑的最关键因素。

长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。

自从Bluetooth（蓝牙）出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。

如今，这些业者都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体访问控制层。

IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率（<

250kbPs）、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。

它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。

ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。

它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高【1】。

ZigBee联盟成立于2001年8月。

2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“ZigBee联盟”，以研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。

到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有150家成员企业，并在迅速发展壮大。

其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和InvensysMeteringSystems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。

所有这些公司都参加了负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE802.15.4工作组。

根据ZigBee联盟目前的设想，根据该标准和技术生产的相关产品主要适用于：

智能家居（照明控制、各类窗帘控制、家庭安防、暖气控制、内置家居控制的机顶盒、万能遥控器）、环境检测与控制、自动读表系统、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、工业和楼宇自动化、安全监控、工业控制、传感器控制、停车计费数据传输等诸多领域。

1.2无线传感器网络的研究现状

1.2.1国外现状

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人们的生活和生产的各个领域带来深远的影响。

各国都非常重视无线传感器网络的发展，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划。

特别是美国通过国家自然基金委、国防部等多个渠道投入巨资支持传感器网络技术的研究，同时IEEE也正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，美国波士顿大学（BostonUnversity）最近创办了传感器网络协会（SensorNetworkConsortium），期望能促进学院和行业公司之间互相促进传感器联网技术开发。

除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔、InetcoSystemsInvensys、L-3Communications、MillennialNet，Radianse、SensicastSystems及TextronS