基于ZigBee的无线温湿度采集系统设计毕业设计论文.docx
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摘要
摘要
。
在物联网盛行的今天，无线传感器网络（WSNM乍为物联网中核心技术之一，应用更是日益广泛。
IEEE802.15.4/ZigBee技术是近些年来通信领域中的研究热点，它具有低成本、低功耗、低速率等特点和高可靠性、组网简单灵活等优势，逐步成为WSN事实上的国际标准[1] ZigBee技术凭借其优势，赢得了广阔的市场，国内外企业纷纷展开了ZigBee产品的开发。
本文设计的ZigBee的无线温湿度采集系统，移植性强，可广泛应用于大棚温湿度采集、家庭办公自动化温控、工业与环境信息监测等场景，有广阔的市场前景。
本文首先对ZigBee协议栈架构进行了系统的分析，然后依据其特点对系统总体方案进行概要设计。
本文设计了参照TI公司的设计方案，硬件选用TI公司的
CC2530芯片进行设计，软件选用ZigBee协议栈2007Z-Stack设计[2]。
文章接下来又分别对软硬件进行详细地设计。
对于系统的硬件电路 设计主要包括，分析了
CC2530射频芯片的特性及使用，分别对协调器、路由器和终端采集节点的核心电路和外围电路原理图进行设计，其中外围电路部分主要包括电源电路、复位电路、
USB转串口电路、Debug下载电路以及网络指示电路等的设计。
在系统软件设计部分，主要对ZigBee协议栈的配置、网状网程序、设备间的通信、温湿度数据采集和上位机界面等部分进行了设计，其中上位机界面设计程序使用LabVIEW2010编写。
系统设计完成后，又对所设计的系统进行了组网、通信以及系统功能的测试，实现了网状网拓扑的组网采集功能，论证了方案的可实施性。
接下来本文对ZigBee网络与C008网络通信进行了分析，给出了实现网络大范围覆盖的系统搭建方案，用来。
文章结尾对设计工作做了总结，并对接下来的进一步研究设计和系统的应用进行了分析与展望。
关键词无线传感器网络；ZigBee；数据采集；Z-Stack
Abstract
NowadaystheIOTisprevalent,wirelesssensornetworkisusedwiderandwiderasthecoreoftheInternettechnology.IEEE802.15.4/ZigBeetechnologyisahot
I
燕山大学本科毕业设计（论文）
researchinthefieldofcommunicationinrecentyears.Ithastheadvantagesoflowcost,lowpowerconsumption,lowrate,highreliability,simple,flexibleandsoon.AnditgraduallybecomethedefactointernationalstandardoftheWSN[1].ZigBeetechnologyhaswonthebroadmarket,thedomesticandforeigncompanieslaunchedthedevelopmentofZigBeeproducts.ZigBeewirelesstemperatureandhumidityacquisitionsystemisdesignedinthispaper,theportabilityisstrong,canbewidelyappliedinthegreenhousetemperatureandhumiditycollection,familyofficeautomationcontrol,industrialandenvironmentalinformationmonitoringscene.
ThispaperanalyzesZigBeeprotocolstack,thendesignstheschemeofthesystem.ThehardwareisdesignedbyusingCC2530chipoftheTI,thesoftwareisdesignedbyusingZ-Stack.Thedesignofhardwarecircuitsystemincludesthecoreandperipheralcircuitofthecoordinator,routerandenddevice.Theperipheralcircuitincludesthedesignofthepowercircuit,resetcircuit,USBconversioncircuit,Debugserialcircuitanddisplaycircuit.Whileintheprocessofdesigningthesoftwareofthesystem,theconfigurationoftheZ-Stack,networkprogramming,devicescommunication,temperatureandhumiditydataacquisitionaredesigned,andthePCinterfaceisdesignedbytheLabVIEW2010.
ThenItestthesystemfunctionofnetworkingandcommunication.Andthenetacquisitionfunctionofmeshtopologyisrealized,demonstratestheimplementationofthescheme.NextthispaperanalyzsthebridgingoftheZigBeenetworkandC008wirelessnetwork,andgivesthesystemconstructionschemefornetworkcoverage.Attheendofthepaperthedesignworkissummarized,andthefuturedesignofthestudyisanalyzedandforecasted.
Keywordswirelesssensornetwork；dataacquisition；ZigBee；Z-Stack
II
目录
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外研究的现状 2
1.3无线温湿度采集系统设计思路 2
1.4组织架构 3
第2章ZigBee协议简介 5
2.1ZigBee技术简介 5
2.2ZigBee网络设备 5
2.3ZigBee协议栈架构 7
2.4本章小结 9
第3章系统硬件设计 10
3.1系统整体方案 10
3.2系统硬件平台选择 11
3.3协调器电路设计 12
3.3.1CC2530核心电路设计 13
3.3.2外围电路设计 14
3.4终端节点电路设计 16
3.5路由器电路设计 17
3.6本章小结 17
第4章系统软件设计 18
4.1系统软件平台概述 18
4.2ZigBee设备通信设计 19
4.2.1ZigBee协议栈配置 19
4.2.2网状网程序设计 25
4.2.3数据的收发 27
III
燕山大学本科毕业设计（论文）
4.2.4温湿度数据采集 30
4.3LabVIEW上位机设计 35
4.3.1后砸程序实现 35
4.3.2前砸布局 37
4.3.3应用程序和安装程序的生成 37
4.4本章小结 38
第5章网络测试与分析 39
5.1组网测试 39
5.2设备通信测试 40
5.2.1空旷无障碍测试试验 40
5.2.2有障碍测试 41
5.2.3温湿度采集系统功能测试 42
5.3测试结果与分析 44
5.4C008搭载ZigBee网络实现方案 44
5.5本章小结 46
总结 47
参考文献 48
致谢 50
附录1硬件原理图 51
附录2ZigBee程序 53
附录3LabVIEW程序图 67
附录4外文翻译 69
附录5开题报告 85
附录6文献综述 91
附录7中期报告 96
第1章绪论
第1 章绪论
ZigBee技术是一种介于蓝牙和无线标记之间的无线技术方案。
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低速率、低成本的无线通信技术。
它用采CSMA-CA
方式接入信道，可有效地避免通信冲突[3] ZigBee网络拓扑结构主要有星型网、树
。
状网或网状网三种。
设备地址分为16位短地址和64位长地址，具有较大网络容量
[4]。
它的应用层可根据用户需要进行开发。
1.1课题的研究背景及意义
在物联网盛行的今天，无线传感器网络作为物联网中的核心技术之一，应用更是日益广泛。
无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）是通
过各类传感器协作地实时感知和采集环境信息，通过无线发送，以自组多跳的方式传送到一个特定的节点进行信息收集的网络。
WSN的特性决定了其不需要较高的传输带宽，而需要较低的传输延时和极低的功率。
ZigBee技术是近年来通信领域中的研究热点，具有低成本、低功耗、低速率的特点和高可靠性、组网简单、灵活等优势，逐渐成为WSN实际上的国际标准[5]。
ZigBee技术应用广泛，主要领域有大棚温湿度采集控制、家庭办公自动化、工业与环境监测及人员定位与医疗护理等。
温室大棚可以通过ZigBee技术完成温湿度采集，并通过无线网络传输到后台，方便管理员调节大棚温湿度，节省了人力；家中具有ZigBee系统，可以方便的监控家中的整体运作，有效掌握电力、自来水等的使用状况，智能化控制空调、灯光、火灾等感应系统，节约能源；在社区老年福利院，使用ZigBee人员定位系统，可以动态的监测各人员位置，方便人员的及时护理。
运用ZigBee等技术的无线传感器网络，相比于传统的布线方式，省去了电缆安装和网络架设等环节，大大节省了人力、财务等，系统的灵活性、可维护性与扩展性也大大提高[6]。
基于ZigBee技术的无线传感器网络，能够实时地监测环境的信息，其网络节点可以自组织的随时加入/退出网络，不需要人为管理。
ZigBee技术满足了无线通信、网络大范围覆盖、网络灵活性高以及维护管理方便等要求，是将来物联网发展的趋势。
1
1.2国内外研究的现状
燕山大学本科毕业设计（论文）
WSN的巨大应用价值，引起了国际上的广泛重视。
美国自然科学基金委员会于2003年制定了WSN研究计划，日本、英国、意大利、巴西等国也陆续展开该领域的研究工作。
在温总理2009年提出的“感知中国”中，物联网正式列为我国五大新兴战略性产业之一。
ZigBee作为物联网的骨干之一，在中国引起了企业的高度重视，许多企业纷纷展开了基于ZigBee的研究，推动了ZigBee技术在中国的发展。
现如今，许多芯片厂商已推出自己的So
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