基于ZigBee的无线网络传感器应用研究

摘要

    随着计算机网络和通讯技术的不断进步，新的理论、标准和技术层出不穷，无线通信从3G网络到无线网络的接入，再到无线局域网IEEE802.11X，网络变得无处不在，它和我们的生活也越来越密切，它使人们解除电缆的束缚。而在众多的无线网络技术中，基于ZigBee的无线网络技术以低功耗，低成本，低复杂度等特点受到越来越多企业和个人的青睐。

    ZigBee技术特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。

   本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，提出了一种基于ZigBee协议的用于测量温度的无线传感器网络方案，并设计和开发出了相应的无线传感器节点。本方案中使用CC2430的微控制芯片和DS18B20搭建了一个基于ZigBee技术的无线传感器网络。该网络由一个协调器充当中心节点和若干个终端节点一起，构成一个星型网络。协调器负责向终端节点查询温度信息，终端节点负责将温度传感器所采集到的信息反馈给协调器，从而达到对一块区域进行温度监控的目的。

关键词:无线传感器网络、ZigBee、CC2430、温度

目录

摘要…………………………………………………………………………. . .……...I

1  无线传感器研究 1

1.1  研究的背景 1

1.2  线传感器网络简介 1

1.3  国内外研究现状 1

1.3.1  国外研究现状 1

1.3.2  国内研究现状 2

1.4  主要研究方向 3

1.4.1  层协议研究新型智能化传感器的研制 3

1.4.2  无线传感器网络接点技术 3

1.4.3  低功耗系统设计技术研究 3

1.5  传感器网络的网络协议研究 4

1.5.1  MAC层协议研究 4

1.5.2  能量高效的路由协议 4

1.5.3  节点自定位技术 5

1.6  ZigBee技术概述 5

2   ZigBee 协议及其应用 6

2.1  IEEE802.15.4技术概述 6

2.1.1  物理层(PHY) 6

2.1.2  数据链路层(MAC) 7

2.1.3  设备分类 8

2.2  ZigBee协议 8

2.2.1  ZigBee协议标准 8

2.2.2  ZigBee协议栈 8

2.3  Zigbee协议栈API 10

2.3.1 应用层（APL）API 11

2.4  原语的概念   11

2.5  网络拓扑结构 12

2.6  数据传输机制 13

2.6.1 KVP格式 13

2.7  短地址的分配机制 15

3  无线温度传感器网络的实现 17

3.1 总体网络架构 17

3.1.1 CC2430芯片概述 17

3.1.2 DS1820芯片概述 18

3.2 硬件组成与设计 18

    3.2.1节点硬件组成 18

4  系统设计 20

4.1  终端节点设计 20

4.1.1  终端节点硬件结构 20

4.1.2  终端软件设计 21

4.2  协调器结构 22

4.2.1  协调器硬件结构 22

4.2.2  协调器端程序 23

5  网络的实现 25

5.1  组网 25

5.1.1  扫描网络 25

5.1.2  选择网络 25

5.1.3  确认加入 26

5.2  节点编号 26

5.3  定时发送 26

5.4  设备发现 27

5.5  数据传送 27

5.6  协调器与PC通信软件 28

6   总结 29