基于ZigBee技术的无线温度检测网络系统的研究

论文摘要

工业品制造、农业生产、管理仓库、储存货物以及日常生活中被广泛应用温度的测量。温度测量一般存在着监测点不集中在某一个地方、需要远距离控制等特点,若不采用无线测控系统,监控室与现场之间需要铺设大量的电缆,导致系统成本增加,不容易维护、系统的灵活性较差、不方便扩展。本文决定采用非有线温度测量方案,昂贵的电缆和光纤不需要铺设。传感器节点放置在需要监测的部位,实时采集各节点处温度的信息,经处理后通过自组织非有线网络将温湿度信息传输到监控终端,由监控终端对采集的信息进行统一管理分析,本文设计并实现了温度测量的无线传感器网络。近年来,随着网络技术、通信技术以及嵌入式技术的飞速发展,无线通信的成本越来越低,可靠性和传输速率越来越高,并且无线通信技术不需要进行复杂的布线,组网灵活,这些都为无线通信技术的广泛应用创造了有利条件。本设计针对有线数据采集传输过程中存在的问题和不足,提出了一种基于ZigBee技术的温度数据采集系统。ZigBee技术是针对无线低速传感器网络而提出的,能够满足低成本设备的网络要求。ZigBee协议由IEEE802.15.4标准的PHY层和MAC层,再加上由ZigBee联盟定义的网络层和应用层组成,具有低成本、低功耗、低复杂度、低速率的特点。本文将ZigBee技术引入温度数据采集系统之中,通过各个终端节点的温度传感器进行温度数据采集,并由微处理器对数据进行处理,最终将数据信息通过协调器传到PC机,实现远程监控的功能。此种方法弥补了有线设备因布线而带来的成本问题,具有成本低、组网灵活、可靠性高、易于组网的优点。因此,采用ZigBee无线传感器网络是解决温度数据采集的一种切实可行的途径。本论文主要完成以下几个方面的研究工作：系统分析了温度系统的发展现状,比较了与此有关的非有线数据传输技术,提出了基于ZIGBEE技术的非有线测温系统方案；探讨了ZIGBEE技术中数据传输的相关技术；根据目前的实际条件对硬件和软件进行设计；通过对ZIGBEE技术的研究,并对硬件和软件进行大量的联合调试、实验和分析,研究系统运行的可靠性、实时性和安全性；系统采用CC2430作为无线模块,因为CC240是8051兼容的无线单片机可直接作为中心控制器件,缩小了节点,减少了节点器件数量,降低成本。经过大量的调试实践显示,本论文提出方案切实可行,并且采用ZIGBEE技术有节约资源、操作方便、可靠性高而且易于管理等特点,并且市场应用前景广阔。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 背景及意义
• 1.3 ZigBee技术的国内外研究现状及应用前景
• 2 无线传感网络
• 2.1 无线传感器网络的应用现状以及存在的问题
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2.2 无线传感器节点体系结构
• 2.2.3 无线传感器网络的特点
• 3 ZigBee无线通信技术的简介
• 3.1 ZigBee的起源
• 3.2 zigbee的定义
• 3.3 ZigBee的技术特点
• 3.4 zigbee技术原理
• 3.5 Zigbee的网络拓扑
• 3.6 Zigbee协议栈
• 3.6.1 Zigbee物理层服务
• 3.6.2 MAC层
• 3.6.3 网络层
• 3.7 Zigbee应用层协议
• 3.8 Zigbee的工作频率与网络安全
• 3.8.1 工作频率
• 3.8.2 网络安全
• 4 系统设计
• 4.1 传感器节点的设计原则
• 4.2 系统开发环境设计
• 4.2.1 硬件开发平台
• 4.2.2 软件开发平台
• 4.3 Zigbee模块使用芯片和芯片的特点
• 4.4 温度传感器模块
• 4.4.1 数字温度传感器DS18B20简介
• 4.4.2 DS18B20内部结构
• 4.5 Zigbee节点的硬件设计
• 4.5.1 Zigbee协调器节点的硬件设计
• 4.5.2 路由器节点的硬件设计
• 4.5.3 传感器节点的硬件设计
• 4.6 Zigbee的网络构建
• 4.7 软件设计
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文