基于ZigBee无线传感器网络的研究

论文摘要

无线传感器网络集成了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,是一种全新的信息获取和处理技术,具有非常广阔的应用前景。它由无线传感器网络节点组成的,能够实时地监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,然后将这些信息传送到信息用户。基于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议是专门为远程无线监控应用而设计开发的一种无线通信标准。ZigBee技术的出现弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺,为无线传感器网络发展提供了保证。本文设计一种基于ZigBee的嵌入式无线传感器网络,完成了对信息的采集和传输。其主要内容:1. ZigBee通信协议的研究。详细分析了ZigBee协议的物理层、MAC层、网络层、应用层等各层协议,对ZigBee网络拓扑结构、应用以及节点特点作了说明。2.无线传感器网络节点硬件系统的设计和实现。本文充分考虑了无线传感器网络节点低成本、低功耗、低速率、体积小的特点,采用LPC2138微控制器和CC2420射频芯片完成了对ZigBee无线传感器节点的设计。主要介绍了芯片的选型、射频模块、传感器模块、SPI通信接口以及外围电路的设计。3.软件部分采用C语言程序编写。分析了MSSTATE LRWPAN的ZigBee协议栈,并将其移植到ARM7操作系统中,利用该协议完成对系统网络的组建和节点的入网设计。4.系统调试。其内容包括:硬件节点首先对信息采集,然后将其数据发送到LPC2138处理模块,最后通过SPI接口利用CC2420通信模块完成数据的发送和接受。实验结果显示软硬件系统能够满足无线传感器网络的功能要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 研究的现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 ZIGBEE 技术的简介
• 2.1 ZIGBEE 技术的主要特点
• 2.2 ZIGBEE 协议架构
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 MAC 层
• 3.2.3 网络层
• 2.2.4 应用层
• 2.2.5 安全服务
• 2.3 ZIGBEE 网络拓扑
• 2.3.1 星形网络
• 2.3.2 树状网络
• 2.3.3 网状网络
• 2.4 ZIGBEE 应用领域
• 2.5 本章小结
• 第三章 硬件电路的设计
• 3.1 硬件电路概述
• 3.2 微控制器的选取与简介
• 3.2.1 微控制器的选取
• 3.2.2 LPC2138 芯片简介
• 3.3 无线模块
• 3.3.1 CC2420 芯片简介
• 3.3.2 CC2420 无线通信模块电路设计
• 3.3.3 CC2420 与LPC2138 接口
• 3.4 传感器模块
• 3.5 外围电路的设计
• 3.5.1 电源电路
• 3.5.2 时钟电路
• 3.5.3 复位电路
• 3.5.4 键盘电路
• 3.5.5 LED 显示电路
• 3.5.6 报警电路
• 3.5.7 JTAG 电路
• 3.5.8 串行通信电路
• 3.6 本章小结
• 第四章 软件设计以及调试
• 4.1 软件开发环境
• 4.2 ZIGBEE 协议栈
• 4.2.1 ZigBee 协议的代码
• 4.2.2 ZigBee 协议实现
• 4.2.3 ZigBee 协议底层修改
• 4.3 通信网络
• 4.3.1 ZigBee 网络的建立
• 4.3.2 ZigBee 节点的入网
• 4.4 主要应用程序
• 4.4.1 主程序设计
• 4.4.2 数据采集程序设计
• 4.4.3 CC2420 驱动程序
• 4.5 系统的调试
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果