基于ZigBee技术的无线网络的研究与开发

论文摘要

随着通信技术的发展,短距离无线通信技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。Zigbee技术凭借其低成本、低功耗、组网方便等诸多优势在激烈的无线通信技术竞争中逐渐脱颖而出。特别值得一提的是ZigBee技术具备强大的网络功能。它支持目前三种主要的自组织无线网络类型,且具有很强的网络健壮性和系统可靠性,使得ZigBee网络更加灵活、高效、可靠。这种低速率无线通信技术的应用更贴近工业生产与人们的日常生活,可以很好的应用于家庭自动化、工业控制、建筑自动化、医疗护理等。ZigBee技术的主要支持者成立了ZigBee联盟,负责推动标准的制定、ZigBee技术的全球推广、ZigBee产品和平台的测试和认证。本文详细介绍了ZigBee技术的背景、ZigBee设备构成和网络结构,并深入的研究了ZigBee协议规范。并从低成本、低功耗、高性能方面考虑,选取合适的微处理器和射频芯片设计开发了ZigBee硬件开发平台,同时在此硬件开发平台基础上对Microchip ZigBee协议栈进行了研究与移植。本课题基于MSP430F149微处理器设计开发了实验平台的母板,以CC2420为射频芯片设计了无线收发模块。母板和无线收发模块间通过MSP430的SPI接口连接,并采取主机模式进行通信。在系统软件设计方面,首先深入地研究了ZigBee协议栈的整体框架和各层的功能,再根据ZigBee网络的设备构成分别分析了协调器、路由器和终端设备节点的协议栈。最后完成对数据结构以及微处理器芯片MSP430和ZigBee芯片CC2420的初始化程序等底层驱动的修改与编写。从而完成了Microchip ZigBee协议栈软件在本文硬件开发平台上的实现。文章最后对全文进行了概括性的总结,并指出了下一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZIGBEE 技术的背景
• 1.3 ZIGBEE 技术的发展现状
• 1.3.1 ZigBee 技术的特点
• 1.3.2 ZigBee 技术的应用领域
• 1.3.3 ZigBee 技术与其他无线技术的比较
• 1.4 选题意义及研究内容
• 1.4.1 研究ZigBee 无线网络技术的必要性
• 1.4.2 本文研究内容
• 第二章 IEEE 802.15.4 标准与ZIGBEE 协议规范研究
• 2.1 ZIGBEE 设备构成
• 2.1.1 ZigBee 协调器
• 2.1.2 ZigBee 路由器
• 2.1.3 ZigBee 终端设备
• 2.2 ZIGBEE 的网络拓扑结构
• 2.2.1 星型网络结构的特点
• 2.2.2 网状网络结构特点
• 2.3 ZIGBEE 协议规范
• 2.3.1 物理层
• 2.3.2 MAC 层
• 2.3.3 网络层
• 2.3.4 应用层
• 本章小结
• 第三章 ZIGBEE 开发平台的硬件设计
• 3.1 开发平台总体设计
• 3.2 微处理器及扩展电路模块设计
• 3.2.1 MSP430 系列单片机的特点
• 3.2.2 MSP430F149 的性能特点及结构
• 3.2.3 MSP430F149 运行模式
• 3.2.4 串行外围设备接口SPI
• 3.2.5 微处理器外围电路
• 3.2.6 电源电路
• 3.2.7 串行接口电路
• 3.2.8 JTAG 接口及复位电路
• 3.2.9 液晶显示器LCD 电路
• 3.2.10 人机接口电路
• 3.3 ZIGBEE 无线收发模块电路设计
• 3.3.1 CC2420 主要性能特点
• 3.3.2 CC2420 的内部结构
• 3.3.3 配置IEEE 802.15.4 调制方式
• 3.3.4 CC2420 外围电路
• 3.3.5 CC2420 内部寄存器
• 3.3.6 CC2420 RAM 区的读写
• 3.3.7 CC2420 与微处理器的接口
• 本章小结
• 第四章 ZIGBEE 开发平台的软件设计
• 4.1 软件的开发环境与编程语言
• 4.2 ZIGBEE 协议栈软件
• 4.2.1 协议栈软件概述
• 4.2.2 Zigbee 协议网络相关
• 4.2.3 服务原语
• 4.3 协议栈的实现
• 4.3.1 平台上的ZigBee 协议栈
• 4.3.2 底层驱动的修改
• 4.3.3 发送和接收一个帧的过程
• 本章小结
• 第五章 系统的调试
• 5.1 硬件调试
• 5.2 软件调试
• 结论与展望
• 工作总结
• 工作展望
• 参考文献
• 附录A 开发平台母板原理图
• 附录B 开发平台射频模块原理图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢