基于ZigBee的混合集成电路无线传感器网络设计

论文摘要

本论文主要完成了Zigbee无线传感器网络的系统设计，其中包含网络节点的硬件设计和协议的软件设计及开发，实现了可以测量环境温湿度及压力的无线传感器网络。硬件电路设计采用TI公司含有2.4GHz射频发生器和51微处理器的芯片CC2430，结合两款数字温湿度和压力传感器组成传感器网络的节点。整个电路制作在陶瓷基板上，采取厚膜互连技术制造混合集成电路模块。论文分析了无线传感器网络的关键技术，讨论了Z-Stack协议，研究了μC/OS-Ⅱ操作系统在CC2430芯片上的移植，在掌握该协议应用层的构成以及如何在应用层进行工程开发的基础上，针对项目的需求，自主开发Zigbee协议。移植的μC/OS-Ⅱ操作系统，服务于整个自主开发协议，该协议实现了无线网络的建立、节点加入以及路由转发功能，能够实现无线数据的多跳传输。论文最后进行了实际无线传感器网络的测试，验证了硬件系统的功能。应用Z-Stack协议组建树型网络后对网络参数，如丢包率、网络延迟、吞吐量等进行了设计及测试，得到相关网络参数；对基于μC/OS-Ⅱ操作系统的自主协议进行组网实验后，验证了该协议的功能。论文工作对无线传感器网络的研究和应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究和发展状况
• 1.3 本论文的主要内容及章节安排
• 第二章 无线传感器网络技术
• 2.1 IEEE802.1 5.4 标准
• 2.1.1 标准概述及特点
• 2.1.2 服务原语简介
• 2.1.3 IEEE802.15.4 的物理层
• 2.1.4 IEEE802.15.4 的MAC子层
• 2.2 Zigbee技术规范
• 2.2.1 Zigbee概述
• 2.2.2 Zigbee网络层
• 2.2.3 Zigbee应用层
• 2.2.4 Zigbee网络的拓扑结构
• 第三章 Zigbee节点硬件电路设计
• 3.1 系统方案设计
• 3.1.1 系统设计要求
• 3.1.2 主要芯片选型
• 3.1.3 设计方案整体框架
• 3.2 CC2430 芯片介绍
• 3.3 基于CC2430 的节点电路设计
• 3.4 版图的物理实现
• 3.4.1 LTCC基板特点
• 3.4.2 LTCC陶瓷板的实现及基本参数
• 第四章 Zigbee软件协议开发
• 4.1 Z-Stack协议分析及应用
• 4.1.1 Z-Stack协议总体分析
• 4.1.2 Z-Stack的实际应用
• 4.2 μC/OS-Ⅱ操作系统移植
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ操作系统移植要求
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ操作系统的移植
• 4.3 基于μC/OS-Ⅱ的Zigbee协议设计
• 4.3.1 协议的总体规划
• 4.3.2 建立网络和节点入网设计
• 4.3.3 协议程序流程
• 4.3.4 重要功能模块实现
• 第五章 Zigbee传感器网络的组建测试
• 5.1 基于Z-Stack协议的无线传感器网络组建
• 5.1.1 系统整体搭建方案
• 5.1.2 树型网络的组建及运行结果
• 5.1.3 网络性能测试
• 5.2 基于μC/OS-Ⅱ的Zigbee协议的功能验证
• 5.2.1 验证方案
• 5.2.2 验证结果
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录