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1、第 3 页一种低功耗无线传感器节点设计摘要：无线传感器网络是综合传感器、嵌入式、网络及无线通讯等技术的一种全新的信息获取和处理技术，是一个多学科高度交叉的新兴前沿研究领域。无线传感器网络在国家安全、医疗护理、环境监测、国民经济诸多方面都有着广泛的应用前景。无线传感网络中的节点具有感知和路由的功能，是构成无线传感器网络的基本单元，功耗是影响其寿命的关键因素。ZigBee 是一种短距离、低功耗的无线通信技术，其低复杂度、低成本、低功耗、低数据速率的特性正好是无线网络需求的。本文针对无线传感网络技术在实际应用中的特点，利用Chipcon 公司的 CC2420 射频收发器芯片，设计一个基于 IEEE
2、802.15.4/ZigBee协议的无线传感器网络节点，实现数据的采集和传输。关键词：无线传感网络、传感器节点、低功耗、ZigBee、CC2420Design of a low power wireless sensor nodeSummary: Wireless sensor networks are integrated sensors, embedded, network and wireles communication technologies such as a new information acquisition and processing technologies, is
3、a multidisciplinary high emerging at the intersection of frontier research fields. Wireless sensor network in national security, health care, environmental monitoring, many aspects of the national economy has broad application prospects. Nodes in wireless sensor networks with perception and routing
4、functions, constitutes the basic unit of wireless sensor networks, power consumption is a key factor affecting their life. ZigBee is a short-range, low-power wireless communication technology, low complexity, low cost, low power, low data rate wireless network requirements. According to characterist
5、ics of wireless sensor network technology in practical application, Chipcon s CC2420 RF transceiver chip, designed based on IEEE 802.15.4/ZigBee Protocol of wireless sensor network node for data collection and transmission.Keywords: wireless sensor networks, sensor, low power consumption,ZigBeeand t
6、heCC2420第 3 页目录绪论 .第一章 无线传感网络发展现状 .1.1 课题的背景及意义1.2 研究现状及发展趋势第二章 无线传感网络主流技术 .2.1 网络协议栈2.2 路由技术2.3 介质访问控制(MAC)协议2.4 网络拓扑控制2.5 定位技术2.6 目标跟踪技术2.7 无线传感器的安全技术2.8 无线传感器的时间同步技术第三章 基于 ZigBee 的无线传感网络构成 .3.1ZigBee 的概述3.2 无线传感器节点3.3 汇聚节点3.4 管理节点第四章 基于 ZigBee 的无线传感网络节点设计（软件实现） .4.1 无线传感网络的软件开发概述4.2 节点的软件设计第 3 页4
7、.2.1 传感器的工作流程4.2.2 无线通信模块的软件设计第五章 基于 ZigBee 的无线传感网络节点设计（硬件件实现） .5.1 无线传感网络的硬件开发概述5.1.1 硬件系统的设计需求5.1.2 硬件系统的设计内容5.2 节点的硬件设计5.2.1 处理器模块5.2.2 传感器模块5.2.3 通信模块5.2.4 电源模块总结 .参考文献 .致谢 .绪论今年来，信息技术和网络技术的发展给人类社会和国民经济的各个领域带来的巨大的变化，以 Internet 为代表啊的信息网络对人们生活方式的影响越来越大。无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）是一种新型的网络
8、技术，其通过节点间的协作对信息进行感知、采集和处理，并将处理后的信息传送到网络客户端，从而使 WSN 成为 Interne 从虚拟世界到物理世界的延伸，成为逻辑上的信息世界与真实物理世界连接的桥梁，即将信息世界和物理世界融为一体。目前，在无线传感器网络中，短距离、低成本、低功耗的 ZigBee 技术是无线通信应用的首选技术之一。ZigBee 是基于 IEEE 802.15.4 协议的技术，IEEE802.15.4 是为低功耗、低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议栈。第 3 页第一章 无线传感网络发展现状1.1 课题的背景及意义科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最
9、重要和最基本的技术传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。无线传感器网络是信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合传感器、嵌入式、现代网络以及无线通信、分布式信息处理等多种综合性的技术。传感器网络能够广泛用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械控制、城市交通、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。1.2 研究现状及发展趋势早在上世纪 70 年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络
10、。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。1996 年，美国 UCLA 大学的 William J Kaiser 教授向 DARPA 提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代 WSN 网络的序幕。1998 年，同是 UCLA 大学的 Gregory J Pottie 教授从网络研究的角度重新阐释了 WSN 的科
11、学意义。WSN 网络技术一经提出，就迅速在研究界和工业界得到广泛的认可。1998年到 2003 年，各种与无线通信、Ad Hoc 网络、分布式系统的会议开始大量收录与 WSN 网络技术相关的文章。2001 年，美国计算机学会(ACM)和 IEEE 成立了第一个专门针对传感器网络技术的会议 International Conference on Information Processing in Sensor Network(IPSN)，为 WSN 网络的技术发展开拓了一片新的技术园地。2003 年到 2004 年，一批针对传感器网络技术的会议相继组建。ACM 在 2005 年还专门创刊 ACM
12、 Transaction on Sensor Network，用来出版最优秀的传感器网络技术成果。2004 年，Boston 大学与BP、Honeywell、Inetco Systems、Invensys、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems 等公司联合创办了传感器网络协会，旨在第 3 页促进 WSN 技术的开发。美国从 20 世纪 90 年代开始，就陆续展开分布式传感器网络(DSN)、集成的无线网络传感器(WINS)、智能尘埃(Smart Dust)、无线嵌入式系统(WEBS)、分布式系统可升级协调体系结构研究(SCADDS)、嵌入式网络传感(C
13、ENS)等一系列重要的 WSN 网络研究项目。自 2001 年起，美国国防部远景研究计划局(DARPA)每年都投入千万美元进行 WSN 网络技术研究，并在 C4ISR 基础上提出了 C4KISR计划，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和利用能力，把 WSN 网络作为一个重要研究领域，设立了 Smart Sensor Web、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统等一系列的军事传感器网络研究项目。2001 年，中国科学院成立了微系统研究与发展中心，挂靠中科院上海微系统所，旨在整合中科院内部的相关单位，共同推进传感器网络的研究。从 2002年开始，中国国家自然科学基金委员会开始部署传感器网络相关的课题。截至2008 年底，中国国家自然基金共支持面上项目 111 项、重点项目 3 项；国家“863”重点项目发展计划共支持面上项目 30 余项，国家重点基础研究发展计划“973”也设立 2 项与传感器网络直接相关的项目；国家发改委中国下一代互联网工程项目(CNGI)也对传感器网络项目进行了连续资助。“中国未来 20 年技术预见研究”提出的 15
