基于ZigBee技术的无线数据采集系统设计_精品文档.pdf

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西安电子科技大学硕士学位论文基于ZigBee技术的无线数据采集系统设计姓名：

张育琪申请学位级别：

硕士专业：

物理电子学指导教师：

徐军20100101摘要摘要近年来，随着无线网络、传感器技术的发展，精准农业已成为人们关注的热点。

传感器和ZigBee技术的应用，解决了我国现阶段在精准农业信息资源准确实时获取方面功耗高、时延长、安全性无保障等难题，使农业生产实现自动化、网络化、智能化。

本文针对精准农业的发展需要，提出并设计了一种基于ZigBee技术的无线数据采集系统。

该系统分为固定采集端和手持接收端两部分，其核心都是采用了无线射频模块CC2500和微处理器MSP430，两者通过SPI接口相连。

固定采集端完成对温度、湿度、照度等环境参数的测量、处理、存储以及待发送。

手持接收端则完成对固定采集端数据的收集和存储。

两者之间的数据传输基于ZigBee无线通信技术。

最后，接收端把收集到的数据传输给PC机进行相关处理，从而得出科学合理的农业生产作业方案。

关键词：

精准农业，ZigBee，CC2500，MSP430AbstractAbstractAsthedevelopmentofthewirelessnetworksandsensortechnology,precisionagriculturehasbecomethefocusofattentionTheapplicationofsensorsandZigBeetechnologyhassolvedtheprecisionagricultureSproblemsofhigherpowerconsumption,timedelay,andinsecurityinacquiringagricultureinformationresourcespreciselyandinrealtimeinourcountryatthisstage，andhasmadetheagricultureindustryautomation,networking，andintelligentInthispaper,akindofwirelessdataacquisitionsystemwhichisbasedonZigBeetechniqueisputforwardanddesignedaccordingtotheneedoftheprecisionagriculturedevelopmentAfixedcollectionterminalandahandheldreceiverconsistinthesystem，bothofwhichadoptawirelessRFmoduleCC2500andamicroprocessorMSP430andaleconnectedtoeachotherthroughtheSPIinterfaceThefixedcollectionterminaltakeschargeofthemeasurement，processing，storageandsendingoftheenvironmentalparameterssuchastemperature，humidity,illuminationandSOon,aswellasthehandheldreceiveriStocollectandstorethedatafromthefixedcollectionterminalDatatransferbetweentheabovetwoisbasedonZigBeeWirelessCommunicationTechnologyFinally,thecollecteddataistransferredtothepersonalcomputertoprocess，andthenascientificandrationaloperationprogramofagriculturalproductionwillbegotKeywords：

PrecisionAgriculture，ZigBee，CC2500，MSP430西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。

本人签名：

；坎奉蓝西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：

研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。

本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。

学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。

同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。

本人签名：

导师签名：

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皇厘凰第一章绪论第一章绪论11研究背景和意义随着传感器技术、嵌入式技术以及低功耗的无线通信技术的发展，生产具备感应、无线通信以及信息处理能力的微型无线传感器已成为可能。

这些廉价的、低功耗的传感器节点共同组成无线传感器网络，通过节点间的相互协作，将其监测和感应的多种环境信息（如温度、湿度等）收集起来，实现网络数据收集功能11j。

无线传感器网络能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，极大的扩展了人们获取信息的能力，具有十分广阔的应用前景121。

无线传感器网络的目的就是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者p1。

数据收集是无线传感器网络的主要研究课题之一，利用无线传感器网络进行数据收集可以应用到许多领域，为我们更好的获取信息提供了良好的基础【4J。

其中一个重要的应用就是对精准农业（PrecisionAgriculture）的环境信息的监测与采集。

精准农业是基于信息和知识管理复杂农业系统的集成技术体系。

这一技术体系思想应用于作物生产，可称之为“信息时代的现代农田精耕细作技术15J。

它首先要求尽可能应用先进的信息采集手段来快速、实时、较低成本地获取农田作物产量、品质等差异性信息和影响作物生产的各种客观数据，从大量数据中提取有助于制定农作管理科学决策的信息，能有效地运用农作管理的科学知识信息分析客观信息，制定农业生产的科学管理决策，最后通过各种智能农作机械或人工控制等措施来达到作物生产预期的技术经济目标。

精准农业的实现首先在于对农田信息的实时采集，获得农作物生长环境的参数，如温度、湿度、光照度、土壤含水量、土壤肥力（N、P、K含量）、土壤pH值等等。

对采集到的数据进行分析处理，从而制定科学而有针对性的方案，使农业获得与传统农业相比的低投入高收益。

其中，采集数据必须依赖各种类型的传感器。

但是，如何将这些传感器采集的信息及时准确地收集，为农业专家提供决策并制定出农田变量作业处方的主要数据源和参数，一直是一个难题16。

无线通信技术以及传感器技术的快速发展为快速、连续、远程采集设施农业环境信息提供了可能【_。

无线传感器网络是由大量无处不在的，具有无线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从而构成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，满足无线数据采集和监控的要求【8】。

每一个传感器节点由数据采集模块（传感器、AD转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存2基于ZigBee技术的无线数据采集系统设计储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、能量转换器）等组成19J。

具备一定的数据采集、处理和无线通信的功能。

虽然每个节点的资源和能力都非常有限，但通过节点间的有效合作，整个网络能够独立完成大范围、多信号的准确检测，并及时可靠地回送采集信息。

无线传感器网络是新兴的传感器网络。

最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代。

随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇10,11】。

无线传感器网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。

人们可以通过无线传感器网络直接感知客观世界，从而极大的扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。

美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为2l世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一【12】。

随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域，成为人类生活必不可少的一部分【l3。

ZigBee技术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【14】。

它的应用领域包括工业控制、环境监测、商业监控、楼宇自动化、农业自动化、汽车自动化等。

该技术由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及