基于Zigbee的无线传感器模块设计

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN),以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络与无线通信技术、分布式信息处理技术等,能通过集成各类微型传感器协作地进行实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些所采集的信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传输到用户终端,而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。本文首先对无线传感器网络的基本概念及国内外发展情况、应用现状、选题意义、研究内容,结合ZigBee协议的体系结构、协议标准各层的基本功能和帧格式以及网络拓扑结构,为ZigBee无线传感器网络的实际应用设计做好了理论准备。然后根据ZigBee无线传感器网络系统的总体结构与硬件设计方案选择合适的器件,完成了ZigBee节点的硬件电路设计以及PCB板的制作。接着对ZigBee软件集成开发平台IAR与ZStack协议栈进行了简要介绍,针对开发的硬件平台对ZStack协议栈进行了修改和移植,并在协议栈基础上编写了温湿度、光照度传感器驱动程序,实现了网络协调器、路由器和终端设备节点的数据互传。最后分析了实验测试结果,从测试结果可以看出系统基本达到预期目标,设计合理,能够准确的采集和上传温度、湿度、光照度数据。本系统完成了以SamSung S3C2440为核心板的协调器硬件与CC2430模块软硬件,编写了无线传感器网络程序能准确的采集数据,顺利的通过串口发送数据给上位机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线传感器网络的研究背景
• 1.1.1 无线传感器网络的基本概念
• 1.1.2 无线传感器网络的发展历程
• 1.1.3 无线传感器网络的国内外研究现状
• 1.1.4 无线传感器的应用现状
• 1.2 选题意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织形式
• 2 ZigBee协议结构和原理
• 2.1 ZigBee协议概述
• 2.1.1 ZigBee协议体系结构
• 2.1.2 ZigBee网络设备类型
• 2.2 IEEE 802.15.4标准
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 MAC层
• 2.3 ZigBee规范
• 2.3.1 网络层
• 2.3.2 应用层
• 2.4 ZigBee技术的网络拓扑结构
• 2.5 本章小结
• 3 无线传感器网络系统硬件设计
• 3.1 无线传感器网络系统总体结构
• 3.2 硬件设计方案
• 3.2.1 协调器节点硬件设计方案
• 3.2.2 传感器节点硬件设计方案
• 3.3 芯片简介
• 3.3.1 SamSung S3C2440简介
• 3.3.2 无线收发芯片CC2430简介
• 3.3.3 温湿度传感器SHT11简介
• 3.3.4 照度传感器PGM5506简介
• 3.4 硬件电路设计
• 3.4.1 协调器节点
• 3.4.2 无线传感器底板
• 3.4.3 传感器模块
• 3.5 硬件电路抗干扰措施
• 3.5.1 去耦电容
• 3.5.2 布线
• 3.6 本章小结
• 4 无线传感器网络系统软件设计
• 4.1 ZigBee软件集成开发平台
• 4.2 ZStack协议栈简介
• 4.2.1 Zstack软件架构
• 4.2.2 Zstack协议栈文件解析
• 4.3 Zstack协议栈移植
• 4.3.1 硬件接口移植
• 4.3.2 协议栈程序移植和修改
• 4.4 温湿度传感器软件设计
• 4.4.1 SHT11模块化程序设计
• 4.4.2 温湿度采集流程图
• 4.5 光照度采集软件设传感器
• 4.5.1 光照度传感器流程图
• 4.5.2 光照度传感器程序设计
• 4.6 无线通信应用层程序设计
• 4.7 本章小结
• 5 课题成果与分析
• 5.1 硬件成果
• 5.1.1 协调器硬件实物与PCB
• 5.1.2 无线传感器底板硬件实物与PCB
• 5.1.3 传感器模块实物与PCB
• 5.2 软件成果
• 5.2.1 实验内容
• 5.2.2 实验平台
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢