基于Zigbee的无线传感器网络的研究

论文摘要

随着无线网络技术的快速发展和传感器技术的日益成熟,无线传感器网络应运而生。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,发送给观察者。近年来,无线传感器网络被广泛的应用在预防医学、环境监测、森林灭火乃至车辆检测、行星探测等领域,成为国内外广泛讨论的焦点。IEEE802.15.4标准主要针对于低速无线个人区域网（low-rate wireless personal area network ,LR-WPAN）,把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标,可为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一的标准。IEEE802.15.4/ZigBee协议是由IEEE802.15.4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网络层和应用支持层所组成的,其突出的特点是网络系统支持极低成本、易实现、可靠的数据传输、短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等。本文首先详细介绍了ZigBee技术产生的背景、特点以及优势,经过分析比较几种典型的网络拓扑结构,采取星型网的组网方式,构建了ZigBee协议硬件开发平台,软件实现了Zigbee协议栈和节点间的通信。本课题采用C8051F021单片机作为网络终端节点和网络协调器的MCU,采用CC2420为射频芯片,搭建了一个基于Zigbee的无线传感器网络。主控MCU通过SPI接口与无线收发模块的CC2420芯片进行通信。在系统软件设计方而,利用现有协议、API函数和源代码,编制了SPI接口软件、数据传输程序以及PC机配置软件等。最后对论文进行了总结,并在现有基础上对今后的扩展与开发进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 无线传感器网络研究现状
• 1.2.1 国外无线传感器网络研究现状
• 1.2.2 国内无线传感器网络研究现状
• 1.3 无线传感器网络概述
• 1.3.1 无线传感器网络体系结构
• 1.3.2 无线传感器网络的特点
• 1.4 课题的目标和任务
• 1.5 论文的组织结构
• 第2章 Zigbee 技术相关领域研究综述
• 2.1 Zigbee 技术概述
• 2.1.1 Zigbee 技术产生的背景
• 2.1.2 Zigbee 与其他无线通信协议的比较
• 2.1.3 Zigbee 技术的特点与优势
• 2.2 Zigbee 与 IEEE 802.15.4
• 2.2.1 IEEE 802.15.4
• 2.2.2 IEEE 802.15.4/Zigbee 协议栈
• 2.3 Zigbee 技术的应用领域和发展前景
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件平台设计与实现
• 3.1 总体设计方案与规划
• 3.2 主控模块的选择与设计
• 3.3 射频（RF）通信模块的选择与设计
• 3.3.1 CC2420 的主要性能特点
• 3.3.2 CC2420 内部RAM 的读写
• 3.3.3 CC2420 内部寄存器
• 3.4 射频模块与主控模块的连接
• 3.5 外围电路的设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 Zigbee 协议栈的软件设计与实现
• 4.1 Zigbee 协议关键技术
• 4.2 Zigbee 协议栈架构
• 4.3 Zigbee 协议栈的实现
• 4.3.1 协议栈主要程序功能介绍
• 4.3.2 部分程序的实现
• 4.4 传感器网络的构建
• 4.4.1 Zigbee 网络总体设计方案
• 4.4.2 协调器程序设计
• 4.4.3 终端设备程序实现
• 4.5 系统开发环境
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统测试结果及分析
• 5.1 Zigbee 网络的配置实例
• 5.2 配置流程和结果的详细演示
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献
• 致谢