基于ZigBee技术的无线网络协调器的研究

论文摘要

从20世纪90年代开始,无线网络技术就逐渐进入了我们的工作和生活。ZigBee技术作为一种新兴的低速率、低成本、低功耗无线网络技术,弥补了现有无线网络技术如GSM、Wi-Fi、Bluetooth等在实际应用中的一些不足。本文首先介绍了ZigBee相关技术,并重点介绍了ZigBee无线网络的组成和ZigBee协议规范。在此基础上,设计并制作了ZigBee无线网络协调器（简称协调器）,包括硬件和软件两部分。协调器硬件电路以Chipcon公司的CC2430芯片为核心,包括CC2430支撑电路、RS232串口通信电路、电源稳压电路、人机交互接口电路和JTAG接口电路。软件设计包括协调器控制软件和上位机监控软件两部分,协调器控制软件利用TI公司的Z-Stack 1.4.3-1.2.1协议栈,完成应用程序的编写与调试；上位机监控软件采用VC++语言,结合微软提供的MSCOMM控件,完成监控程序的编写及调试。最后,对整个ZigBee无线网络协调器进行了实验测试。实验结果表明,协调器能够实现新建一个网络、允许节点加入网络和接收节点发送的数据；上位机监控软件能够实时显示协调器发送的数据和网络拓扑结构。本文设计的ZigBee无线网络协调器具有良好的通用性和扩展性。一方面可以在该硬件基础上添加相应的传感器,推广到如智能家居、医疗监控、矿山监控和环境监测等方面应用；另一方面可以作为初学者研究ZigBee技术借鉴的基础平台,对推广ZigBee技术的应用具有重要的参考价值和现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的主要内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 ZigBee相关技术
• 2.1 ZigBee技术概述
• 2.1.1 ZigBee技术的由来
• 2.1.2 ZigBee技术的特点及其应用
• 2.2 ZigBee无线网络
• 2.2.1 ZigBee无线网络设备组成
• 2.2.2 ZigBee无线网络拓扑结构
• 2.3 ZigBee协议规范
• 2.3.1 IEEE 802.15.4物理层规范
• 2.3.2 IEEE 802.15.4 MAC层规范
• 2.3.3 ZigBee网络层规范
• 2.3.4 ZigBee应用层规范
• 2.4 本章小结
• 第3章 ZigBee无线网络协调器的总体设计
• 3.1 协调器硬件设计方案选择
• 3.1.1 ZigBee芯片的选型
• 3.1.2 CC2430芯片介绍
• 3.2 协调器控制软件协议栈选择
• 3.3 本章小结
• 第4章 ZigBee无线网络协调器的硬件设计
• 4.1 协调器硬件电路框图设计
• 4.2 协调器硬件电路原理图设计
• 4.2.1 CC2430支撑电路设计
• 4.2.2 RS232串口通信电路设计
• 4.2.3 电源稳压电路设计
• 4.2.4 人机交互接口电路设计
• 4.2.5 JTAG接口电路设计
• 4.3 协调器硬件PCB图设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 ZigBee无线网络协调器控制软件设计
• 5.1 Z-Stack 1.4.3-1.2.1软件架构分析
• 5.1.1 Z-Stack 1.4.3-1.2.1协议栈的几个重要概念
• 5.1.2 Z-Stack 1.4.3-1.2.1协议栈分析
• 5.1.3 OSAL操作系统
• 5.2 协调器控制软件设计
• 5.2.1 控制软件总体设计
• 5.2.2 新建网络流程
• 5.2.3 接收数据事件处理
• 5.2.4 上位机命令事件处理
• 5.2.5 网络周期扫描事件处理
• 5.2.6 协调器与上位机的通信设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 ZigBee无线网络监控软件设计
• 6.1 监控软件总体设计
• 6.1.1 监控软件总体框图设计
• 6.1.2 监控软件总体工作流程
• 6.2 监控软件界面设计
• 6.3 串行通信软件设计
• 6.4 上位机与协调器的通信软件设计
• 6.5 本章小结
• 第7章 ZigBee无线网络协调器实验测试与分析
• 7.1 协调器程序的烧写与地址配置
• 7.2 点对点通信测试
• 7.3 树状网络组网测试
• 第8章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 协调器硬件电路原理图
• 附录2 协调器硬件PCB图及实物图
• 附录3 部分协调器控制软件程序
• 附录4 部分上位机监控软件程序
• 攻读学位期间发表的论文