基于ZigBee技术的仪器设备管理系统设计论文Word文档格式.docx

1、利用ZigBee技术，通过无线发送模块把检测得到的数据发送到接收模块中，并且通过USB口传输到计算机中，使得管理人员对实验室仪器设备有更即时方便高效的管理。硬件电路设计从低成本、低功耗、高性能方面考虑，以无线通信芯片CC2430为核心，设计了传感器信号处理电路、电源转换电路和信号接口电路，对天线的设计选择进行了分析。软件设计主要讨论了ZigBee协议的结构和不同的节点应实现的各种功能。文章最后对全文进行了总结，并指出了系统设计的不足、需要改进的地方及以后的研究方向和重点。关键词：仪器设备管理系统；ZigBee；CC2430；节点Abstract Laboratory is an importa

2、nt place and plays an important role in the school teaching and pratice. In this thesis, according the present situation and development trend of the instrument equipment management system, combining the basic theory of wireless sensor networks, we propose a design scheme of the instrument and equip

3、ment management system which is based on ZigBee technology. After the careful analyse and study of the ZigBee wireless sensor network, we put forward a solution to the problems of the instrument equipment management system. Using means of ZigBee technology, and the wireless sending module,the data w

4、hich is detected by detection module would sent to the receiving module.The data will be transmitted to a computer through USB ports.So the management people of laboratory instruments and equipment will have an instant，convenient and efficient management. Thinking of factors about low cost, low powe

5、r consumption and high performance in the design of hardware circuit,the sensor signal processing circuit, the power conversion circuit and interface circuit is based on the CC2430 chip.we also made a theory analysis on the design of antenna. In the software design, we mainly discusse the structure

6、of the ZigBee protocol, and the functions of different nodes. A summary of full text has carried on in the end, and points out the deficiency of the design,the needed improvement and direction and focus of the future research .Key Words：Instrument and equipment management system；Node 1 绪论1.1 仪器设备管理的

7、现状及存在的问题随着我国科技水平的不断进步和科研创新投入的不断增加，很多高校以及科研单位，都拥有自己独立的实验室，实验室内的仪器设备也在不断增加，贵重精密仪器的所占的比例也在升高。实验室是进行实验教学、科学研究和创新开发的重要基地，对其中仪器设备的良好管理显得特别重要。仪器设备管理目前的现状及存在的问题。（1）仪器设备分类复杂,数量繁多,信息量大。仪器设备新品不断推出,从过去的单一功能发展为具有多种功能于一体,这就给分类管理带来难度。分类不准确不规范,易造成数据统计的不准确。仪器设备数量的成倍增长,使设备主管部门工作量超负荷增加,管理人员不仅要审核入帐凭证的完整性、准确性,还要将仪器设备信息及

8、时录入到相应的管理软件中,繁琐的数据录入工作造成前来办事人员的排队等候,造成工作效率低下。（2）单机管理模式,信息交流滞后。目前,高校仪器设备管理大多还处于一种单机管理模式,由于信息相对比较封闭,造成管理部门与使用部门之间的信息交流不通畅,信息交流滞后,使仪器设备保管人不能及时掌握所保管仪器设备的真实信息。特别是在高校普遍存在的重采购,轻管理,各院系各自为政,尤其是大型贵重仪器的购置存在着重复购置,导致大型仪器使用率,闲置浪费情况严重,这种资源浪费,是国有资产的隐性流失。（3）跨校区管理,耗费人力、物力。近年来,高等教育事业规模不断扩大,很多学校拥有的多个校区分布于不同的区域。而现有管理模式,

9、则要求设备使用者或使用部门必须到主管部门办理相关入库报帐手续,时常由于办事人员对办事流程的不清楚,需要往返设备管理的多个部门,有时还要两个校区之间多次往返,耗费了大量的时间与精力,现有的管理很难适应新的发展趋势。因此，如何加强对仪器设备的管理，方便对大型仪器设备的核查以及使用情况的 监管，是很重要的问题。高效先进的设备管理系统是不可或缺的。针对这一情况，开展该课题的研究就显得尤为重要。1.2 仪器设备管理系统的发展趋势作为仪器设备管理的主管部门,不能把管理停留在建立和完善各种规章制度、做好日常管理工作的水平上,更要适应校园信息化建设的新形势、新环境。过去若干年，通信技术快速发展，短距离无线通信

10、技术已经成为通信技术中的一大热点。各种网络终端的出现、工业控制的自动化和仪器设备管理的智能化等迫切需要一种具备低成本、低距离、低功耗和组网能力强等优点的无线互连标准。目前GSM和3G等无线通信技术以及蓝牙、WiFi、ZigBee等无线局域网技术应用日益广泛。充分利用现有的网络、信息和通讯资源实现仪器设备网络化管理,随时了解和掌握自己名下仪器设备状况,并通过网络实现仪器设备申购、入帐、变更和报废等一系列的设备管理环节。因此，实现高校仪器设备的无线网络化实时管理是仪器设备管理发展的必然趋势。1.3 无线通信网络随着各种便携式个人通信设备与家用电器设备的增加，人们享受蜂窝移动通信系统带来的便利的同时

11、，对短距离的无线与移动通信又提出了新的需求，使得短距离无线通信异军突起，包括无线局域网（WLAN）、蓝牙（BlueTooth）技术、无线保真（Wi-Fi）、超宽带（UWB）以及ZigBee技术等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力。其中，低速率、低功耗、低成本的ZigBee技术作为无线传感器网络的主要支撑技术获得广泛的关注。ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线个人区域网络LR.WPAN（LowRate Wireless Personal Area Network）的发展，可以广泛应用于仪器设备控制、家庭自动化、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控

12、制等领域，将拥有广阔的应用前景。预计随着ZigBee技术以及相关技术的发展，低速率应用将日益广泛，在我们的生活中扮演越来越重要的角色。ZigBee的提出弥补了短距离无线通信技术应用研究的空白，现在该技术已经成为研究的新热点，在不久的未来，基于ZigBee技术的产品将会形成一个新的浪潮，势不可挡地席卷全球，而它的发展前景将同计算机、互联网一样融入人们生活的每一个角落，给人们的生活带来方便和快捷。研究ZigBee组网技术，可为下一步应用打下良好理论基础，方便进行系统设计。本文将结合当今的发展趋势和ZigBee的技术特点，对ZigBee做详细的研究和实验开发。综上所述，基于ZigBee的仪器设备管理

13、系统研究，能够有效解决仪器设备的长期闲置、丢失数据、查找困难等诸多问题，且成本低，功耗低，使用方便，对于实验室的仪器管理，具有较高的推广意义。1.4 本论文的主要内容 本文通过讨论ZigBee无线网络关键技术，并根据实验室仪器设备分布的特点，研究了如何将ZigBee无线网络应用于实验室仪器设备的管理。本论文的主要内容包括：第一章：绪论。介绍了仪器设备管理系统的现状、问题以及发展趋势，无线传感网络内容以及本文的研究意义。第二章：ZigBee技术以及系统整体设计。详细介绍了ZigBee技术及其优势，讨论了基于ZigBee技术的仪器设备管理系统的整体设计方案。第3章：系统的硬件设计。讨论了ZigBe

14、e无线模块、传感器电路、USB口电路和电源模块等的设计第四章：软件系统的设计方案。介绍了协调器和路由器以及终端节点软件流程的设计。论文最后是总结与展望。对本课题所取得的成果进行小结，并归纳工作中存在的不足，提出下一步需要做的工作。2 ZigBee技术及系统总体设计方案2.1 ZigBee技术2.1.1 ZigBee技术简介ZigBee是部署无线传感器网络的新技术。它是一种介于无线标记技术和BlueTooth之间的技术提案。ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。ZigBee被开发用来满足大多数无线传感和控制应用的独特需求。ZigBee

15、技术是低成本，低功耗，低数据速率，高可靠性，高度安全的无线网络协议，实现自动化和远程控制应用的目标。它描述了两个关键的性能特点无线射频范围和无线频谱的数据传输速率。相较于其他如蓝牙，Wi-Fi技术，超宽带等无线网络协议，Zigbee虽然传输速率慢但传输容量大的特点向我们展示了他出色的传输能力。它依据IEEE 802.15.4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。ZigBee技术具有自组网功能，ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代称。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网