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1、摘 要随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大，ZigBee技术在近年来得到了快速的发展。由于ZigBee技术具有低功耗、成本低、低速率、近距离和网络容量大等特点，使得其得到了广泛的应用，具有十分广阔的研究前景。我们利用Zigbee的无线传送数据的功能，将其作为数据远程传送模块。Zigbee对温度传感器测得的温度数据或者光照传感器测得数据按时发回到主机接收端。在主机端我们对数据进行分析处理。主机端可以带有显示，报警等功能。本文主要涉及具有完整功能的全功能设备的功能设计。方案中使用STC12A32S2微控制芯片和CC2530无线模块搭建了一个基于ZigBee技术的FFD全功能模块，该模块通
2、过DS3231进行精确的定时，并且采用无线数传模块与上位机通信。FFD在网络中充当中心节点和协调器的作用，负责向终端节点查询温度的信息，然后反馈给计算机，达到无线测温的目的。关键词:无线数据传送，全功能模块（FFD），ZigBee，CC2530，光照，温度ABSTRACTRecently ZigBee is developing at a high speed because the application demand on low-rate wireless personal area network is increasing. ZigBee technology has been wi
3、dely applied in life as it has the following key features：low power，low cost，low data rate，short distance and large network capacity. It has very broad prospects for research.We use Zigbee wireless transmitting data function, data remote transmission module. Zigbee data of temperature sensors measur
4、ed temperature or light sensor measured data is sent back to the host at the receiving end on time. We analyze the data processing in the host. The host can with display, alarm, etc.Through the analysis of wireless sensor and its network protocol,a method is proposed for temperature measurement base
5、d on ZigBee protocol wireless network FFD module design.The program is the use of STC12A32S2 microchip and CC2530 radio-chip to built a full function device based on ZigBee technology. Keywords：The wireless data transmission,FFD,ZigBee,CC2530,Temperature,light目 录目 录2前言4第1章 本论51.1 课题背景51.2国内外研究现状51.3
6、 课题研究的目的和意义61.4 论文研究的主要内容6第2章 ZigBee协议及其网络结构72.1 ZigBee网络结构概述72.1.1 Zigbee协议体系结构72.1.2 ZigBee网络拓扑结构102.1.3 工作模式112.2 ZigBee协议112.2.3 ZigBee协议标准112.3 逻辑设备类型112.4一个简单的无线数据通信时的一般步骤112.5节点类型11第3章 系统硬件电路的实现123.1 方案实现总框图123.2其硬件资源清单123.3ZigBee系统的总体结构133.3.1 CC2530芯片133.3.2应用143.3.2SZ05-ZBEE嵌入式无线通信模块153.4
7、MCU及外围电路163.4.1 STC12A32S2简介163.4.2 STC12A32S2晶振连接电路设计173.4.3定时电路设计173.4.4 STC12A32S2复位电路设计183.4.5 LCD显示电路设计193.5 PC机接口电路193.5.1 RS-485通信193.5.2 无线数传模块19第4章 系统软件的实现204.1总流程图204.2 建立工程204.3子程序模块分析204.3.1 初始化子程序段204.3.2 外部中断子程序214.3.3 串行中断1子程序224.3.4 串行中断2子程序234.4 系统软件对功耗的影响23第5章 系统性能测试255.1 通信距离测试25第
8、6章 结论与展望276.1 结论276.2 展望27致谢28参考文献29附录A Zigbee测温网络中FFD模块的原理图30前言随着物联网无线通信技术的发展，无线通信、无线控制、无线组网和移动连接等走进我们生活，其原理主要运用Zigbee技术实现。单片机具有很强大的功能拓展，我们可以运用其特性进行物联网无线通信设计，我们的生活，信息可以进行通信交流，进而可以实现智能控制。这些新技术必将具有强大生命力和广阔的市场前景。很多领域由于物联网都实现智能化的革命。森林树木生长状况的检测对于消除森林安全隐患有很重要的意义。通过本装置对林木外部生长质量检测。在一些森林保护工作中运用这种技术手段有很大进步。我
9、们通过监测信息对很多状况可以预测防预。运用无线Zigbee技术，我们就可以解决问题，同时，林木生长过程全程监测与生长要素控制可以市林木更加安全健康。运用信息技术，可以解决林木生长中的一些问题。为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备， IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers ，电气及电子工程师学会) 定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full functional device， FFD)，另一种是简化功能设备(reduced functional device， RFD)。1本设计在ZigBee协议的基础上，提出
10、了FFD的设计方案，完成了硬件电路的设计和程序的编写，最后完成对整个网络进行测试和数据分析。以下是本文的主要工作以及论文的组织结构。第一章:绪论。主要阐述该课题研究的背景和国内外的现状及意义，并说明了本文具体设计的内容。第二章:介绍ZigBee协议及其网络拓扑结构。接着给出了Zighee协议的相关概念，并介绍了Zighee网络的拓扑结构和节点工作模式。第三章:硬件设计。主要描述了利用STC单片机解决ZigBee的方案，包括ZigBee模块、MCU的外围电路以及LCD显示电路的设计。第四章:软件设计。包含程序，其中包括流程图的绘制以及各子程序的分析。第五章：系统性能测试。本章主要对硬件电路在实际
11、应用中的性能测试进行分析，进一步说明本设计的不足和优点。第六章：结论与展望。第1章 本论当问我 ZigBee 是什么的时候？我会回答：单片机+无线模块。例如一块ZigBee 的MCU只要一片CC2530就行。其功能强大、组网方式千变万化。无线传输的属性中我们可以看到Zigbee的应用范围是低速率远距离的。这造就了Zigbee低功耗信息传输的优势，网上经常谈到两节普通的5号干电池可以使用6个月到2年的时间，免去充电和更换电池的麻烦。在军事、国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都可以发挥很大作用，可以做到智能化检测。2Zigbee的应用领域
12、很广。随着技术日益成熟以及价格的下降，Zigbee在大多领域取代原始的无线模块是毋庸置疑的。举个最简单的例子，终端节点和协调器的最大通讯距离为200米，我们在200米的地方加入1个点作为路由器，那么终端就可以通过路由器转发，也就是说通讯距离可达400米。而且新节点加入现有网络极为方便。我们姑且可以先把ZigBee当成普通的无线模块应用。开发无线传感器网络所采用的协议取决于网络具体的应用范围。ZigBee协议是为家庭控制、安全系统、建筑自动化等方面设计的传感器网络协议。本文将会分析ZigBee协议的结构并基于ZigBee协议实现一种温度传感器网络。平台是 IAR + Z-stack 2007 P
13、RO，芯片是 TI 公司的CC2530。1.1 课题背景随着社会的发展，人们对通信技术的要求日益提高，无线通信技术在其中扮演着越来越重要的角色。各种短距离无线传输技术层出不穷：蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、WiFi、WiMAX，无线USB，UWB等。其中蓝牙(Bluetooth)、UWB和ZigBee是最受产业界关注的三种标准。对于工业控制、家庭自动化和遥测遥感领域。ZigBee技术专注于低成本，低功耗和低速率的无线通信市场，该协议标准与其他几种无线通讯标准相比。3具有如下特点：1.成本低2.低功耗3.时延短：ZigBee的响应速度较快4.网络容量大5.可靠度高6.安全7.传输距离
14、远：两节点间的物理传输范围一般介于10-100米之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1-3千米。41.2国内外研究现状传感器网络系统是当今前沿性的热点研究方向之一，有着巨大的科学意义和应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的高技术之一。国外的一些著名大学，如加州大学洛杉矶分校、康奈尔大学、麻省理工学院和加州大学伯克利分校等也先后开展了传感器网络方面的研究工作。加州大学洛杉矶分校在生态监控方面研究了小气候传感器和视频传感器网络技术，在地震监控和响应结构方面研究了数据通信控制器和网络时间同步、传感器可靠部署、宽带地震网络、结构检测的无线地震监控网络。5在国内传感器网络系统方面的研究发展比较
15、迅速。在环境监测、生态保护、交通、工业控制等方面，传感器网络可以为我们及时准确的提供全方位的监测手段和监测信息。1.3 课题研究的目的和意义温度感应和监测技术在社会生产生活各个方面都有广泛应用，如医疗护理、环保、科研等。目前，此项设计的意义在于对无线测温的实用性机很强。对无线传感器网络节点的体系结构及各个模块的能量消耗情况进行了初步的分析，提出了无线传感器网络节点构架设计的系统方式，确定FFD主动的协调方式的架构设计。ZigBee网络具有低成本、低功耗、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段等特点。适合采用ZigBee网络来实现。ZigBee是一个可由多达65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m到几百米甚至几公里，另外整个ZigBee网络还可以实现与现有的其它的各种网络例如工业以太网等的连接。6ZigBee网络主要应用在工业控制(例如矿井监控系统)，汽车控制(例如轮胎压力监测系统)、农业控制(例如精确耕种监控网络)、医学领域(例如血压、体温和心跳监视网络)、家庭智能控制(例如照明、水电气计量及报警)、消费类电子设备的遥控装置以及PC外设的
