基于Zigbee技术和Atmega128单片机的无线传感器硬件开发

摘要

ZigBee是无线传感器网络将传感器技术、通讯技术和计算机技术结合在一起，可以进行信息采集、传输和处理，一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术提案。它具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本，工作可靠等优点。本课题通过采用Atmega单片机和无线收发模块CC2420设计无线传感硬件节点，画出相应的电路原理图和PCB图，并进行了软件流程以及节点温度湿度程序设计。为了进一步提高节点的处理和通信能力，还将做进一步改进。

关键词： ZigBee，无线硬件节点，IEEE 802.15.4 

目录

摘要 I

ABSTRACT III

目录 IV

第1章 引言 1

1.1 课题背景以及国内外研究现状 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 国外无线传感器网络研究现状 1

1.1.3 国内无线传感器网络研究现状 2

1.2 课题的提出和拟解决的主要问题 2

1.3 论文结构 3

第2章 Zigbee标准和应用领域 4

2.1 ZigBee协议概述 4

2.2 IEEE 802.15.4 4

2.3 ZigBee 5

2.4 网络节点分类 6

2.5 ZigBee网络拓扑结构 6

2.5.1 星型网络配置 7

2.5.2 树状网络配置 7

2.5.3 网状网络配置 8

2.6 网络关联 9

2.7 端点绑定 9

2.8 ZigBee优点 10

2.9 与蓝牙技术比较 11

2.10 ZigBee的应用 11

2.10.1 智能家庭 11

2.10.2 智能建筑 11

2.10.3 工业自动化领域 12

2.10.4 医疗领域 12

第3章 硬件设计 13

3.1 传感器硬件节点系统设计 13

3.2 母板的设计 13

3.2.1 传感器部分 14

3.2.2 微控制器部分 15

3.3 数据传输及AD转换部分 16

3.3.1 AD1674 16

3.3.2 CD4052，74LS373，SN74LS00，LED 17

3.3.3 电源部分 18

3.3.4 母板原理图 19

3.4 基于CC2420的RF卡结构的子板设计 21

3.4.1 CC2420无线收发模块 21

3.4.2 CC2420内部与它的外部电路介绍 21

3.4.3 处理器接口 22

3.4.4 子板的电路图 24

3.4.5 天线的设计 25

3.4.6 子板的PCB图 25

第4章 ZigBee无线传感网络程序设计 29

4.1 Microchip ZigBee协议栈特性 29

4.2 温室应用网络 29

4.2.1 网络自动组建过程 29

4.2.2 网络维护更新 29

4.2.3 节点间通信 29

4.3 设计分析 30

4.3.1 初始化准备阶段 30

4.3.2 配置网络过程 30

4.3.3 入网过程（从节点） 30

4.3.4 中断处理 31

4.3.5 SPI口的配置和读写操作 34

4.3.6 Atmega128控制LED指示灯与光电耦合开关 35

第5章 总结与展望 36

5.1 结论 36

5.2 展望 36

致谢 38

参考文献 39

附录 41

附录Ⅰ CSMA/CA算法 41

附录Ⅱ CPU读温度传感器和湿度传感器数据 42

附录Ⅲ 母板电路图原理图与PCB图 44

附录Ⅳ 子板电路原理图与PCB图 46