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1、武汉理工大学毕业设计（论文）基于 CC2430 的无线传感节点设计学院（系）： 信息学院专业班级：信息专业1003班学生姓名：指导教师：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有 关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的
2、全部或部分内容编入有关数据进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“U”）作者签名：年 月日导师签名：年 月日摘要本论文以ZigBee无线传感器网络节点为研究对象，针对终端节点的特点，对主要的关 键技术进行研究。首先，本文从无线传感器网络通用终端节点的设计需求入手，硬件上着重介绍了无线 传感器通用终端节点的硬件设计方案。其次，本文完成了无线传感器网络终端节点的软件 设计方案，实现了软件部分的数据采集、能量检测、无线通信的运行和调试。根据程序的 流程图实现了无线通信模式。以功能、成
3、本等为系统设计原则，选择 CC2430 无线微控制器模块，设计了网络节点 的硬件平台;分析了 ZigBee协议的架构和各层规范，在此基础上基于ZigBee协议栈，设计 了网络协调器和终端节点的应用程序，实现了环境数据的采集。设计的网络系统具有成本低、体积小的特点，测试结果表明，网络支持网状拓扑结构， 可以快速组网，顺利读取环境的温度、湿度等数据信息，可用于环境检测领域。关键词：无线传感器网络，ZigBee协议栈，节点AbstractThis paper takes the ZigBee Wireless Sensor Network Node as the research subject,f
4、ocusing on the characteristics of the terminal node. The reaserch of the main technology is shown in this paper.Firstly，the requirements of the design of the wireless sensor network is present in this paper. According to the design index, it introduces the design scheme of hardware .Secondly, we com
5、pleted the software design of wireless sensor network terminal nodes to achieve a software part of the data collection, energy detection, wireless communications. We accords the program flowchart to achieve a wireless communication mode.Function and implementation cost are served as System design pr
6、inciples for selecting CC2430 module as the main part to design node hardware in the network. The architecture and criteria of ZigBee protocol are analyzed, at the base of which software includes coordinator and end device programs are designed based on ZigBee protocol to collect environmental data.
7、The realized network has the advantages such as low implementation cost and small scale. Tests results indicate that the Wireless Sensor Network is compatible with mesh topology.Parameters such as temperature, humidity are collected after the network works. The network can be applied in fields such
8、as environment control and monitoring.Key words：Wireless Sensor Network, ZigBee protocol , Node目录第1章绪论11.1选题背景及研究意义11.2无线传感器网络国内外研究现状11.3 研究的基本内容和方向21.4 本章小结3第2章ZigBee技术42.1 ZigBee无线技术42.2 ZigBee技术特点52.3 ZigBee网络拓扑结构52.4 ZigBee协议栈结构62.5 ZigBee技术与其他技术的比较72.6 本章小结7第3章ZigBee无线传感节点硬件的设计与实现83.1 系统总体设计方案8
9、3.1.1系统设计原则83.1.2系统框图设计83.2 ZigBee无线通信芯片的选择93.2.1 CC2430 芯片简介103.2.2 CC2430芯片的典型应用电路113.3 节点模块的硬件设计113.3.1数据采集模块硬件设计113.3.2数据处理模块和无线通信硬件设计123.3.3 能量供应模块硬件设计133.3.4 天线模块硬件设计153.4 本章小结15第4章ZigBee无线传感节点软件的设计与实现164.1数据采集模块软件设计174.2 无线通信模块软件设计184.3 本章小结20第 5 章总结与展望21参考文献22致谢23第1 章 绪论无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无
10、线自组织方式构成的网络。无线传感 器网络通常应用于军事、监控、应急、环境监测等领域，其终端的希望和要求集中在低能 耗、低成本避免交互应答等方面。基于无限传感器网络的终端要求，Zigbee协议应用而生。1.1选题背景及研究意义随着传感技术、计算机技术、无线通信技术的飞速发展，具备数据采集、计算存储和 无线通信的传感器被广泛应用在军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工 业、商业等领域中，无线传感器网络技术得到了广泛研究。无线传感器网络就是由大量的 静止或移动的微型传感器节点组成的以无线通信方式进行信息检测的自组织网络系统，节 点和节点之间通过形式多样的传感器感知所在周边环境的热、红外、
11、声纳、雷达和地震波 信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速 度、方向等众多我们感兴趣的物理现象，并通过无线通信传送信息，并最终把这些信息发 送给网络所有者的，以达到能随时收集和处理信息的目的，因此传感器节点的设计成为了 无线传感器网络研究的重点之一。目前无线传感器网络节点设计需要考虑的问题很多，比如硬件设计、软件设计、低功 耗设计、无线通信模块设计、节点的信号完整性分析等。节点的设计对整个无线传感器网 络系统至关重要。节点的硬件成本和能耗要低，并且需要有足够的数据处理及存储能力， 为了应用于不同场合，它还要有较强的适应性和自我组织能力。采用功能强大的射频
12、芯片 CC2430 作为核心管理芯片，能较好地完成数据采集、分析、传输等多个功能。与此同时 节点对无线传感器网络中的网络协议的期望是用简洁的协议栈支持无线传感器网络的有 效运行，接入灵活方便；利用广播信息，避免交互应答；简化的协议层次、简练的信令方 式;节省的系统开销等。正是基于无线传感器网络协议的要求,Zigbee协议应运而生oZigbee 协议是适用于无线传感器网络的通信协议，能最大限度的节省网络能耗以及成木，并且可 随时接入大量的节点，具有强鲁棒性和高容错性的优点，逐渐成为了无线传感器网络的国 际通用标准网络协议。本文是基于CC2430和Zigbee协议基础的无线传感器终端节点设计。1.
13、2 无线传感器网络国内外研究现状无线传感器网络的研究起源于20世纪70年代，研究的重点主要放在国防项目上。 1978 年，美国国防部高级研究项目局 (DARPA: The U. S. Defense Advanced Research Projects Agency)在卡耐基一梅隆大学成立了分布式传感器网络工作组，从此开始了对无线 传感器网络的研究1。自从二十一世纪开始，传感器网络就已经被工业界、军界和学术界 极大的关注，美国和欧洲陆续开始了关于无线传感器网络的研究计划。尤其是美国通过国 防部、国家自然基金委员会等多种途径投入了大量资金鼓励传感器网络技术的研究2。目 前各国都非常重视无线传感网
14、络的发展，IEEE正在努力推进无线传感网络的应用和发展， 波士顿大学还于最近创办了传感器网络协会,期望能促进传感器联网技术开发。美国技术 评论杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络也加入其中。民用方面， 英特尔公司与加利福尼亚州大学伯克利分校正领导微尘技术的研究工作。 在日本，日 立制作所与Yrp泛在网络化研究所于2004年11月24日宣布开发出全球体积最小的无线 传感网络终端3。 在旧金山， 200个联网已被部署在金门大桥上，这些微尘用于确定大桥 从一边到另一边的摆动距离。国内在无线传感器网络领域的研究也已经在很多研究所和高校展开。中科院上海微系 统所在微系统和微型机电系统(Mi
15、cro Electro-Mechanical System，简称MEMS)的技术方而 有雄厚的基础，自从 1998 年就对无线传感器网络进行了跟踪和研究，已经通过系统集成 的方式完成了一些终端节点和汇聚节点的研发。从 2002 年开始，中国也己经开始部署跟 无线传感器网络相关的一些课题，其中在“中国未来 20 年技术预见研究”中提出一些技 术课题中有 7 项直接涉及到针对无线传感器网络的研究。在 2006 年，中国发布的国家 中长期科学与技术发展规划纲要中，其中有两个研究课题直接是关于无线传感器网络的 研究4。在2008年，中国工业与信息化部也启动了“新一代宽带移动通信网”国家级重大 专项项目
16、，其中专门针对传感器网络技术而设立的有6 项之多，该专项的设立在应用领域 中肯定会大大推进传感器网络技术发展5。目前在中国，ZigBee网络的应用范围非常广泛， 很多我们想象不到的地方也在使用 ZigBee 技术。例如，在工业领域， ZigBee 技术不仅用 来控制照明灯的开关，它还有一个用途是检查高速路上照明灯的工作情况。再如， ZigBee 技术用于进出的控制，可以记录汽车的进出，也可以在人员进出时用于传输相关指纹来识 别数据，进行身份认证。此外，通过ZigBee网络的路由器功能，它还可以用来实时监控煤 矿内各点的安全状况，防止事故的发生。在加油站，一些客户不希望布线，他们正在考虑 采用 ZigBe
