基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于CC530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程學(xué)生： 簽名： 指導(dǎo)老師： 簽名： 摘要溫濕度數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理，廣泛應(yīng)用于森林火災(zāi)的防范，糧倉(cāng)的溫濕度控制以及家庭智能化控制等領(lǐng)域內(nèi)。針對(duì)傳統(tǒng)的有線方式檢測(cè)、采集、傳輸中節(jié)點(diǎn)分散需要大量布線等問(wèn)題，本設(shè)計(jì)主要從無(wú)線傳感方向進(jìn)行改進(jìn)，本文介紹了一種基于CC2530和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Zigbee無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過(guò)運(yùn)用Zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的通信。并詳細(xì)闡述了基于Zigbee協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議傳輸，主要是從Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里AODV路由協(xié)議著手，闡述在網(wǎng)絡(luò)層如何通過(guò)AODV路由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。關(guān)鍵字：溫濕度數(shù)據(jù)采集， CC2530， Zigbee協(xié)議棧， 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)論文類型：應(yīng)用型畢業(yè)論文Title：CC530 based temperature and humidity data acquisition system designMajor：Electronic and Information EngineeringName： Hejieran signature：Supervision：zhangxiaoli signature：ABSTRACTTemperature and humidity data acquisition,transmission and processing,widely used in some field,like forest fire prevention,warehouse temperature and humidity control and family intelligent control and so on. In view of the traditional wired detection, acquisition, transmission nodes distributed needs a large number of wiring problem, This design mainly from wireless sensing direction is improved.This paper introduced one kind based on the CC2530and digital temperature and humidity sensor temperature and humidity gathering system. the system adopts Zigbee wireless communication technology with sensor, through the use of Zigbee protocol in wireless sensor networks architecture form, realization of the master-slave data acquisition and transmission,and a point to multipoint, communication between two points. Described in detail based on the Zigbee protocol stack center node and the terminal node of the transmission control protocol, mainly from the Zigbee protocol stack in AODV network layer routing protocol to, in the network layer through the AODV routing protocol connections among the nodes and data transceiver.Key words: Temperature and humidity data acquisition, CC2530, Zigbee Protocol stack, Wireless sensor networkType of Thesis: Application of graduation thesis第一章 緒論1、1無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究背景：伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們充分認(rèn)識(shí)到了科技的力量。對(duì)科學(xué)的探索是永無(wú)止境的，人們?cè)诳茖W(xué)方面的探索已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)前所未有的水平。2003年,美國(guó)技術(shù)評(píng)論雜志論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí),無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）被列為第一;美國(guó)今日防務(wù)雜志更認(rèn)為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的應(yīng)用和發(fā)展將引起一場(chǎng)劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的變革?？梢灶A(yù)測(cè), 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是信息感知和采集的一場(chǎng)革命,是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。作為21世紀(jì)，最具有影響力的改變世界的10大技術(shù)之一的無(wú)線傳感技術(shù)，其發(fā)展的技術(shù)日趨成熟，方向也開(kāi)始多樣化，在科技領(lǐng)域中也變得越來(lái)越重要，使得大量的應(yīng)用方案開(kāi)始采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信。數(shù)字家庭、無(wú)線通信、無(wú)線控制、無(wú)線定位和移動(dòng)連接等詞語(yǔ)也頻頻映入眼簾。有增無(wú)減的相關(guān)信息報(bào)道足以預(yù)測(cè)這些新鮮事物必將具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，它是由大量節(jié)點(diǎn)組成的，是面向任務(wù)的分布式網(wǎng)絡(luò)，綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信、分布式信息處理等多領(lǐng)域的技術(shù)，通過(guò)各類微型無(wú)線傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集，并且由嵌入式微處理器對(duì)所采集到的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將處理后的信息傳送至遠(yuǎn)程用戶端，然后通過(guò)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行各種應(yīng)用分析。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器是一種將傳感器、控制器、計(jì)算能力、通信能力完美的結(jié)合于一身的嵌入式設(shè)備。它們跟外界的物理環(huán)境交互，實(shí)時(shí)的采集信息，并且將收集到的信息通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般是由一個(gè)低功耗的微控制器(MCU)和若干個(gè)存儲(chǔ)器、無(wú)線電/光通信裝置、傳感器等組件所集成的，通過(guò)傳感器、動(dòng)臂機(jī)構(gòu)、以及通信裝置和它們所處的外界物理環(huán)境進(jìn)行交互。一般說(shuō)來(lái)，獨(dú)立的傳感器功能是非常有限的，但是如果將他們大量地分布到所需要檢測(cè)的物理環(huán)境中，并組成一個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，加上性能良好的軟件系統(tǒng)平臺(tái)，就能夠完成強(qiáng)大的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)等功能。隨著微機(jī)系統(tǒng)和高集成低功耗數(shù)字設(shè)備的發(fā)展，小體積、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)將得以實(shí)現(xiàn)。低功耗無(wú)線傳感模塊，便是組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。這樣的節(jié)點(diǎn)若能配合各種類型的傳感器，可組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種開(kāi)創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興概念和技術(shù)。廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能建筑、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、智能家裝、工業(yè)自動(dòng)化和大區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)追蹤等領(lǐng)域。無(wú)線傳感技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被認(rèn)定是最為重要的研究之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般采用的是電池供電，工作環(huán)境也通常是比較惡劣的，而且數(shù)量大、分布區(qū)域廣，更換非常困難，所以低功耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。因此，它迫切的需要對(duì)傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行更新和改進(jìn)，需要精心設(shè)計(jì)其軟硬件系統(tǒng)，以使其更加的可靠耐用。1、2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀：在多入多出(MIMO)和正交頻分復(fù)用(OFDM)等基礎(chǔ)技術(shù)支持下，無(wú)線通信技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了與任何人或任何設(shè)備隨時(shí)隨地的進(jìn)行相互聯(lián)系相互通信。藍(lán)牙、WIMAX、Wi-Fi、無(wú)線局域網(wǎng)和超寬帶等無(wú)線通信技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。無(wú)線技術(shù)作為一門蓬勃發(fā)展的新興科學(xué)技術(shù)，隨著它所需要的幾種重要的基礎(chǔ)技術(shù)的不斷推廣和充分的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)際檢測(cè)，它的發(fā)展速度也將得到很大的提升。無(wú)線傳感模塊是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，它是組成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分。是屬于無(wú)線技術(shù)中較為底層的一個(gè)分支，最早的代表性論述是出現(xiàn)在二十世紀(jì)九十年代末的，是一篇題為“傳感器走向無(wú)線時(shí)代”的文章。傳感技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：一般傳感器、智能傳感器、無(wú)線傳感器。一般傳感器，是最早產(chǎn)生的傳感器，能實(shí)現(xiàn)的只是數(shù)據(jù)的采集；智能傳感器，則是在一般傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使傳感器具有計(jì)算處理能力，這樣傳感模塊不但能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)等信息的實(shí)時(shí)采集，還能對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一定程度的計(jì)算和處理，便于進(jìn)行監(jiān)控；無(wú)線傳感器，則是在智能傳感器的基礎(chǔ)上集成無(wú)線功能的模塊，使得傳感器不再是單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集模塊，而是使之成為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)信息交換和控制的有機(jī)整體。由于越來(lái)越多的實(shí)際應(yīng)用方案中開(kāi)始采用無(wú)線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信，無(wú)線傳感器綜合了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)等的無(wú)線傳感基礎(chǔ)科技,成為了當(dāng)前最熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域。而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要保障就是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，因此在設(shè)計(jì)無(wú)線傳感模塊時(shí)，傳感網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)已經(jīng)是被認(rèn)定了的最為重要的研究之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域中有許多無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件平臺(tái)相繼出現(xiàn)。其中比較典型的節(jié)點(diǎn)有Telos 、Mica 系列、Imote2 和IRIS等。這些平臺(tái)主要是采用了不同的處理器和無(wú)線通信模塊。Telos 、Mica系列的一些節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的時(shí)間較早，其性能已經(jīng)落后于當(dāng)前的一些工業(yè)設(shè)計(jì)中集成電路的水平。但是Imote2 節(jié)點(diǎn)，它具有高性能，但是功耗比較大，不能適用于能量要求嚴(yán)格的應(yīng)用環(huán)境，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常采用的是電池供電，工作環(huán)境比較惡劣，而且節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，電池更換非常困難，因此低功耗是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。后來(lái)的研究成果中，如MIT所研發(fā)的模塊化平臺(tái)對(duì)于不同的傳感器有不同的硬件設(shè)計(jì)，為了設(shè)計(jì)一個(gè)通用的系統(tǒng)來(lái)取代單一的硬件系統(tǒng)，他們的傳感器采用垂直連接器來(lái)使不同的處理層整合到一起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。I ntel Mote 的研究項(xiàng)目則注重了包括低系統(tǒng)級(jí)集成、功耗操作和硬件的重新配置三個(gè)方面的要求，希望能夠平衡功耗與性能之間的矛盾，但要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)還需要一定的努力。傳感技術(shù)將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成技術(shù)以及電子技術(shù)的高速發(fā)展，得到不斷的推廣和完善。并且會(huì)有結(jié)構(gòu)新、功能強(qiáng)、耗能低的傳感器更多的用運(yùn)于各種實(shí)際的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，以良好的穩(wěn)定性和高精確度服務(wù)于更加廣泛的領(lǐng)域。1、3無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景：在城市中，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)調(diào)整，大批人口將向城市轉(zhuǎn)移，城市人口將不斷增加；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日趨頻繁，商業(yè)活動(dòng)將更加活躍，汽車的使用數(shù)量和使用頻率也將大大提升，將會(huì)給城市的交通運(yùn)輸帶來(lái)很大的壓力，“停車難”的問(wèn)題也將會(huì)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。修建新的停車場(chǎng)和新的交通設(shè)施雖然能夠解決部分問(wèn)題，但是由于其費(fèi)用高昂而且建設(shè)周期也相對(duì)較長(zhǎng)，還會(huì)受到土地使用和城市規(guī)劃等很多方面的因素的制約。所以，只有在進(jìn)行硬件設(shè)施的建設(shè)當(dāng)中充分的利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，借助國(guó)內(nèi)外交通發(fā)展過(guò)程中所總結(jié)的各種經(jīng)驗(yàn)，并能夠很好的引進(jìn)我國(guó)的城市停車系統(tǒng)，運(yùn)用軟、硬件相結(jié)合的方式，為城市建設(shè)節(jié)省出一大筆費(fèi)用，同時(shí)也能改進(jìn)停車能的問(wèn)題。無(wú)線傳感技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括跟蹤治療、移動(dòng)觀察、遠(yuǎn)程醫(yī)療、患者數(shù)據(jù)管理、藥物跟蹤、手機(jī)求救、病人數(shù)據(jù)收集、醫(yī)療垃圾跟蹤和短信溝通等多方面的新應(yīng)用。最近幾年，無(wú)線通信技術(shù)在國(guó)內(nèi)外醫(yī)療市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用，無(wú)限醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用迅猛增長(zhǎng)。一個(gè)報(bào)告指出，歐洲的無(wú)線醫(yī)療設(shè)備的銷售額將從2003年的9800萬(wàn)美元增加到2008年的4.458億美元，主要原因是醫(yī)護(hù)人員希望改善工作流程，增加生產(chǎn)力和改善病人的滿意程度，還有增加新的應(yīng)用，如電子病歷、臨床療法決定等。通過(guò)建立完善的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，智能建筑可以感知隨處可能發(fā)生的火災(zāi)隱患，及早提供相關(guān)信息；根據(jù)人員分布情況自動(dòng)控制中央空調(diào)，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約；及時(shí)掌握酒店客房?jī)?nèi)客人的出入信息，以便在有突發(fā)事件時(shí)能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出通知，確?？腿说娜松碡?cái)產(chǎn)安全。在機(jī)場(chǎng)，持有Zigbee終端的乘客們可以隨時(shí)得到導(dǎo)航信息，比如登機(jī)口的位置，航班的變動(dòng)，甚至附近有那些商店等，能夠更好的為乘客們提供方便快捷的機(jī)場(chǎng)服務(wù)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，人們可以通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)廠房?jī)?nèi)不同區(qū)域的溫濕度監(jiān)控；及時(shí)得到機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的信息；結(jié)合RF標(biāo)簽，可以方便的統(tǒng)計(jì)庫(kù)存量，等等。在醫(yī)院，Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生及時(shí)準(zhǔn)確的收集急診病人的相關(guān)信息和檢查結(jié)果，快速準(zhǔn)確的做出診斷；戴有Zigbee終端的患者可以得到24小時(shí)的體溫、脈搏控制；配有Zigbee終端的擔(dān)架可以遙控電梯門的開(kāi)關(guān)在醫(yī)院，時(shí)間就是生命，Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以幫助醫(yī)生和患者爭(zhēng)取每一分每一秒的時(shí)間。如果沿著街道、高速公路及其他地方分布式的裝有大量的Zigbee終端設(shè)備，就能夠不用擔(dān)心會(huì)迷路，安裝在汽車?yán)锏脑O(shè)備將會(huì)準(zhǔn)確的告訴我們當(dāng)前所處的位置，正向何處去。雖然全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）也能提供類似的服務(wù)，但是這種新型的Zigbee分布式系統(tǒng)能夠向我們提供更精確，更具體的信息，即使在GPS沒(méi)有覆蓋不到的樓內(nèi)或隧道內(nèi)，仍然能夠繼續(xù)使用該系統(tǒng)。從Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中能夠得到更加精確、更加具體的數(shù)據(jù)信息，如限速、街道是單行線還是雙行線、前面每條街道的交通情況或事故信息等。使用這種系統(tǒng)，也可以跟蹤公共交通情況，可以適時(shí)的趕上下一班車，而不至于在寒風(fēng)中或烈日下在車站等車。基于Zigbee技術(shù)的系統(tǒng)還可以開(kāi)發(fā)出許多其他的功能，例如，在不同的街道、不同的時(shí)間段、不同方向上的來(lái)車，根據(jù)交通流量來(lái)自動(dòng)控制交通紅綠燈的時(shí)常，以及追蹤被盜汽車或超速汽車等應(yīng)用。為了推動(dòng)Zigbee技術(shù)的發(fā)展，Chipcon(已被TI公司收購(gòu))公司于Ember,Freesacal,Honeywell,Mistubishi,Motorla,Philips,Samsung等公司共同成立了Zigbee聯(lián)盟。目前該聯(lián)盟以及包含一百五十多家成員，該聯(lián)盟主席Rober F.Haile 曾于2004年11月訪問(wèn)中國(guó)，以免專利的方式吸引中國(guó)本地企業(yè)加入。根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，低功耗、低成本的Zigbee技術(shù)在未來(lái)幾年內(nèi)將會(huì)得到快速的增長(zhǎng)，2006年全球Zigbee器件的出貨量已達(dá)到1000萬(wàn)個(gè)，2007年年底將近一億個(gè)，2008年將超過(guò)1.5億個(gè)。其中2006年，Zigbee芯片供應(yīng)方面，TI以及Ember公司位列前兩位。這一預(yù)言正從Zigbee聯(lián)盟以及其成員近期的一系列活動(dòng)和進(jìn)展中得到驗(yàn)證。在標(biāo)準(zhǔn)林立的短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，Zigbee的快速發(fā)展可以說(shuō)是另人有些始料不及的，從2004年年底標(biāo)準(zhǔn)確立，到2005年年底相關(guān)芯片及終端設(shè)備總共銷售了1500億美元，比被業(yè)界“炒”了多年的藍(lán)牙、Wi-Fi產(chǎn)品進(jìn)展都要快。Zigbee技術(shù)在Zigbee聯(lián)盟和IEEE 802.15.4的推動(dòng)下，結(jié)合其他無(wú)線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)。它不僅在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事，環(huán)境，醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，未來(lái)在應(yīng)用中還可以涉及人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)所有領(lǐng)域。由于各方面的制約，Zigbee技術(shù)的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待時(shí)日，但已經(jīng)顯示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟和發(fā)展推進(jìn)，一定會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)才剛剛開(kāi)始發(fā)展，他的技術(shù)，應(yīng)用都談不上很成熟，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入人才力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。1、4本論文的主要內(nèi)容：本論文是基于CC2530的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在緒論中，簡(jiǎn)單的闡述了無(wú)線通信，無(wú)線傳感的研究背景，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展前景。隨著在無(wú)線通信中所用到的各種基礎(chǔ)科技的不斷成熟，無(wú)線通信、無(wú)線傳感等的研究也不斷的進(jìn)步，并且展現(xiàn)出蓬勃的生命力，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都會(huì)起到重要的作用，這將會(huì)成為今后的科技發(fā)展主流。本文的論述重點(diǎn)是在于實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)，主要分為三個(gè)大部分，一是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感的硬件模塊；二是實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感的軟件支持，也就是基于Zigbee協(xié)議架構(gòu)的編程。第三部分是本設(shè)計(jì)所得出的一些結(jié)論。在第一部分中，介紹了無(wú)線傳感的硬件模塊。包括了無(wú)線傳感的基本構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)原理以及常用到的一些傳感器節(jié)點(diǎn)和本設(shè)計(jì)中用到的實(shí)驗(yàn)箱。對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體的闡述。第二部分中，首先從整體上介紹了Zigbee的體系架構(gòu)。包括Zigbee技術(shù)的發(fā)展前景，低功耗低速率的特點(diǎn)以及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Zigbee技術(shù)彌補(bǔ)了在無(wú)線通信市場(chǎng)中低成本、低功耗、低速率的的空缺，Zigbee技術(shù)成功的關(guān)鍵主要是在于便捷而豐富的應(yīng)用，并不是技術(shù)的本身。隨著Zigbee技術(shù)的日趨成熟，更多的力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面的研究。Zigbee是以一個(gè)個(gè)獨(dú)立的工作點(diǎn)為依托，通過(guò)無(wú)線通信組成星狀、樹(shù)樁或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)的低傳輸速率下的各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)。其特點(diǎn)有低功耗、可靠性以及高度擴(kuò)展性。其次，在此基礎(chǔ)上對(duì)Zigbee協(xié)議棧的整體架構(gòu)中，應(yīng)用層、物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層以及其他的OSAL、Zmain、Tools等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，主要對(duì)是其中網(wǎng)絡(luò)層的功能描述、功能實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)原理以及其中的所涉及到的幾種常見(jiàn)的路由協(xié)議的論述。AODV路由協(xié)議是本論文的重點(diǎn)，在第二部分中，詳細(xì)的介紹了AODV路由協(xié)議的原理，路由表結(jié)構(gòu)和其協(xié)議控制分組格式，也就是路由請(qǐng)求（RREQ）、路由應(yīng)答(RREP)、路由錯(cuò)誤(RERR)以及HELLO消息的報(bào)文格式和其中每段的意義、基本類型、以及標(biāo)志位所代表的意義。并以流程圖的形式說(shuō)明了各個(gè)路由協(xié)議控制幀的發(fā)送流程。并且對(duì)AODV路由協(xié)議算法的基本操作進(jìn)行了詳細(xì)的描述。描述了為了與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單播通信，節(jié)點(diǎn)是在怎樣的條件下，怎樣產(chǎn)生路由請(qǐng)求（RREQ），路由應(yīng)答(RREP)和路由錯(cuò)誤(RERR)消息的；這些消息產(chǎn)生后是怎樣處理的；為了正確處理這些信息，其中的一些狀態(tài)信息是如何在相對(duì)應(yīng)的目的節(jié)點(diǎn)的路由表項(xiàng)中進(jìn)行保存的等問(wèn)題。第三部分是結(jié)論部分，總結(jié)了本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中所得出的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)的采集。并且提出協(xié)議中一些需要改進(jìn)的方向，以及今后的研究努力方向。附錄中主要是對(duì)AODV協(xié)議中一些函數(shù)的說(shuō)明。1、5本論文的結(jié)構(gòu)安排：1、5、1 第一章緒論部分，闡述了無(wú)線通信，無(wú)線傳感的研究背景，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展前景。1、5、2 第二章為正文部分，包括兩大部分：實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分以及實(shí)現(xiàn)其軟件部分。 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件部分主要包括：無(wú)線傳感基本結(jié)構(gòu)、無(wú)線傳感實(shí)現(xiàn)原理、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持、常見(jiàn)的無(wú)線傳感模塊以及實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)。 實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)采集的軟件部分主要包括： Zigbee技術(shù)概述、Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)、Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層、AODV路由協(xié)議。Zigbee技術(shù)概述中主要包括：Zigbee技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景、其低功耗低速率技術(shù)特點(diǎn)、其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚?。Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層主要包括: 網(wǎng)絡(luò)層概述、網(wǎng)絡(luò)層所實(shí)現(xiàn)功能、網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議。AODV路由協(xié)議主要包括：協(xié)議概述、協(xié)議的基本原理、AODV路由協(xié)議消息控制幀、以及一個(gè)AODV建立和維持路由的舉例。1、5、3 第三章為結(jié)論部分，總結(jié)了本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中所得出的結(jié)論，以及今后的研究努力方向。第二章 溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊2、1 無(wú)線傳感基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)原理無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)目標(biāo)方面與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有所區(qū)別，前者是以數(shù)據(jù)為中心的，后者以傳輸數(shù)據(jù)為目的。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通常運(yùn)行在人無(wú)法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中，所以除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外，大部分節(jié)點(diǎn)都是靜止不動(dòng)的。在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點(diǎn)任意散落，節(jié)點(diǎn)除了需要完成感測(cè)特定的對(duì)象以外，還需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，維持互相之間的網(wǎng)絡(luò)連接等功能。并且由于能源的無(wú)法替代以及低功耗的多跳通信模式節(jié)，設(shè)計(jì)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)時(shí)，有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期以及節(jié)點(diǎn)的低功耗成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問(wèn)題。在節(jié)省功耗的同時(shí)增加通信的隱蔽性，避免長(zhǎng)距離的無(wú)線通信易受外界噪聲干擾的影響，也都是在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要攻克的新難題。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)模型無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立是基于傳感器加無(wú)線傳輸模塊的，傳感器采集的數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單處理后經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳到服務(wù)器或應(yīng)用終端。目標(biāo)、觀測(cè)節(jié)點(diǎn)傳感節(jié)點(diǎn)和感知視場(chǎng)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所包括的4個(gè)基本實(shí)體對(duì)象。另外，要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用刻畫(huà)，還需要對(duì)遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元、外部網(wǎng)絡(luò)和用戶進(jìn)行定義。大量傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署，單個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)初始的通信和協(xié)商，通過(guò)自組織方式自行配置，形成一個(gè)傳輸信息的單跳鏈接或一系列的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同形成對(duì)目標(biāo)的感知視場(chǎng)。傳感節(jié)點(diǎn)檢測(cè)的目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器本地簡(jiǎn)單處理后通過(guò)單播或廣播以多跳的方式通過(guò)鄰近傳感節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)接^測(cè)節(jié)點(diǎn)。用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元?jiǎng)t能夠通過(guò)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或Internet等外部網(wǎng)絡(luò)，與觀測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交互。觀測(cè)節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布查詢請(qǐng)求和控制指令，接收傳感節(jié)點(diǎn)返回的目標(biāo)信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)無(wú)線傳輸模塊可以實(shí)現(xiàn)短距離（小于300米）的信號(hào)傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同需求選擇傳感器，如電壓電流、功耗、溫濕度、液面、震動(dòng)、壓力等等。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)2、2 溫濕度數(shù)據(jù)采集2、2、1溫濕度數(shù)據(jù)采集原理：溫濕度探頭直接使用IIC接口進(jìn)行控制。其電路原理圖如下所示：本實(shí)驗(yàn)將使用CC2530 讀取溫濕度傳感器SHT10的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將采樣到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后再LCD顯示。其中對(duì)溫濕度的讀取是利用CC2530的I/O（P1.0和P1.1）模擬一個(gè)類IIC得過(guò)程。2、2、2 實(shí)驗(yàn)中所用芯片SHT10：SHT10 是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片， 提供全標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用專利的CMOSens 技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上，與 14 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。SHT10 引腳特性如下：1. VDD，GND SHT10 的供電電壓為 2.45.5V。傳感器上電后，要等待 11ms 以越過(guò)“休眠”狀態(tài)。在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。2. SCK 用于微處理器與 SHT10 之間的通訊同步。由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小 SCK 頻率。3. DATA 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。DATA 在 SCK 時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時(shí)鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA 必須保持穩(wěn)定。為避免信號(hào)沖突，微處理器應(yīng)驅(qū)動(dòng) DATA 在低電平。需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如：10k）將信號(hào)提拉至高電平。上拉電阻通常已包含在微處理器的 I/O 電路中。向 SHT10 發(fā)送命令：用一組“ 啟動(dòng)傳輸”時(shí)序，來(lái)表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?。它包括：?dāng) SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖剑S后是在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí) DATA 翻轉(zhuǎn)為高電平。后續(xù)命令包含三個(gè)地址位（目前只支持“000”，和五個(gè)命令位。SHT10 會(huì)以下述方）式表示已正確地接收到指令：在第 8 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，將 DATA 拉為低電平（ACK位）。在第 9 個(gè) SCK 時(shí)鐘的下降沿之后，釋放 DATA（恢復(fù)高電平）。測(cè)量時(shí)序(RH 和 T)：發(fā)布一組測(cè)量命令（00000101表示相對(duì)濕度 RH，00000011表示溫度 T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過(guò)程需要大約 11/55/210ms，分別對(duì)應(yīng) 8/12/14bit 測(cè)量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，最多有15%變化。SHTxx 通過(guò)下拉 DATA 至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束?？刂破髟谠俅斡|發(fā) SCK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來(lái)讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先被存儲(chǔ)，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)。接著傳輸 2 個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和 1 個(gè)字節(jié)的 CRC 奇偶校驗(yàn)。 需要通過(guò)下拉 DATA 為低電平，uC以確認(rèn)每個(gè)字節(jié)。所有的數(shù)據(jù)從 MSB 開(kāi)始，右值有效（例如：對(duì)于 12bit 數(shù)據(jù)，從第 5 個(gè)SCK 時(shí)鐘起算作 MSB； 而對(duì)于 8bit 數(shù)據(jù)， 首字節(jié)則無(wú)意義）。用 CRC 數(shù)據(jù)的確認(rèn)位，表明通訊結(jié)束。如果不使用 CRC-8 校驗(yàn)，控制器可以在測(cè)量值 LSB 后，通過(guò)保持確認(rèn)位 ack 高電平， 來(lái)中止通訊。在測(cè)量和通訊結(jié)束后，SHTxx 自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式。通訊復(fù)位時(shí)序：如果與 SHTxx 通訊中斷，下列信號(hào)時(shí)序可以復(fù)位串口：當(dāng) DATA 保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK 時(shí)鐘 9 次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序。這些時(shí)序只復(fù)位串口，狀態(tài)寄存器內(nèi)容仍然保留。2、2、3 主程序程序流程圖：開(kāi)始系統(tǒng)時(shí)鐘初始化讀取溫濕度數(shù)據(jù)顯示溫濕度數(shù)據(jù)LCD初始化2、2、4 核心程序代碼：void main() int tempera; int humidity; char s16; UINT8 adc0_value2; float num = 0;SET_MAIN_CLOCK_SOURCE(CRYSTAL); / 設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘源為 32MHz 晶體振蕩器GUI_Init(); / GUI 初始化GUI_SetColor(1,0); / 顯示色為亮點(diǎn)，背景色為暗點(diǎn)GUI_PutString5_7(25,6,OURS-CC2530); /顯示 OURS-CC2530GUI_PutString5_7(10,22,Temp:);GUI_PutString5_7(10,35,Humi:);GUI_PutString5_7(10,48,Light:);LCM_Refresh();while(1) th_read(&tempera,&humidity); /讀取溫度和濕度 sprintf(s, (char*)%d%d C, (INT16)(int)tempera / 10),(INT16)(int)tempera % 10); /將溫度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串 GUI_PutString5_7(48,22,(char *)s); /顯示結(jié)果 LCM_Refresh(); sprintf(s,(char*)%d%d %,(INT16)(int)humidity / 10),(INT16)(int)humidity % 10); /將濕度結(jié)果轉(zhuǎn)換為字符串 GUI_PutString5_7(48,35,(char *)s); /顯示結(jié)果 LCM_Refresh();3、本設(shè)計(jì)所使用的實(shí)驗(yàn)箱以及軟件支持3、1所使用的試驗(yàn)箱概述物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOV-T-2530采用系列傳感器模塊和無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊組成無(wú)線傳感網(wǎng)，擴(kuò)展嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)廣域訪問(wèn)，可實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，完成物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種傳感器的信息采集、無(wú)線信號(hào)收發(fā)、Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊、組件控制全過(guò)程。該工具箱提供了無(wú)線傳感網(wǎng)通信模塊、基本的傳感器及控制器模塊、嵌入式網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器參考軟件等，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)形式如下圖：3、2實(shí)現(xiàn)基于CC2530的溫濕度采集系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包含4個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其結(jié)構(gòu)如下：無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊：主要有射頻單片機(jī)構(gòu)成，MCU是TI的CC2530,2.4G載頻，棒狀天線。傳感器及控制模塊：系列傳感器模塊，包括溫濕度傳感模塊、繼電器模塊和RS232模塊等，也可以通過(guò)總線擴(kuò)展用戶自己的傳感器及控制器部件。電源板或智能主板：即實(shí)現(xiàn)無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊與傳感及控制模塊的連接，又實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，目前主要有兩節(jié)電池供電，保留外接電源接口，可以直接有直流電供電。節(jié)點(diǎn)圖如下： 第三章 基于CC2530的Zigbee協(xié)議棧3、1 基于CC2530的ZIGBEE協(xié)議棧3、1、1 Zigbee技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景Zigbee技術(shù)的使用與發(fā)展很大程度上彌補(bǔ)了無(wú)線通信市場(chǎng)上低功耗、低成本、低速率的空缺，Zigbee技術(shù)發(fā)展成功的關(guān)鍵更多的是因?yàn)樨S富而便捷的應(yīng)用，并不是技術(shù)本身。隨著Zigbee技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，越來(lái)越多的注意力和研究力量將會(huì)轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)的推廣等方面。Zigbee技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是發(fā)展一種易布建、低成本、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其低耗電性將使產(chǎn)品的電池能維持6個(gè)月到數(shù)年的時(shí)間。對(duì)Zigbee技術(shù)的應(yīng)用前景預(yù)測(cè)被非常好。Zigbee在未來(lái)的幾年里將在工業(yè)無(wú)線定位、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、汽車自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等多個(gè)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化，將成為今后Zigbee芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域。通常符合下列條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用Zigbee技術(shù)：網(wǎng)點(diǎn)多：需要數(shù)據(jù)采集或監(jiān)控的網(wǎng)點(diǎn)多。低傳輸量：要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大且要求數(shù)據(jù)成本低?？煽啃愿撸阂髷?shù)據(jù)傳輸可靠性、全性高。體積?。涸O(shè)備體積很小，體積較大的充電電池或者電源模塊不便放置。電池供電。覆蓋量大：所需檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，地形復(fù)雜，需要較大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積?，F(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū)。遙測(cè)、遙控系統(tǒng)：使用現(xiàn)存移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的低數(shù)據(jù)量傳輸。局部區(qū)域移動(dòng)目標(biāo)的定位系統(tǒng)：使用GPS效果差、成本高的。根據(jù)Zigbee聯(lián)盟的觀點(diǎn)，一般家庭可將Zigbee應(yīng)用于以下裝置：燈光、窗簾的自動(dòng)控制以及空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制器。緊急呼叫器，老年人與行動(dòng)不便者或者病患的緊急呼叫。各種電子設(shè)備，家用電器的萬(wàn)能遙控器、電腦等的無(wú)線鍵盤(pán)、無(wú)線鼠標(biāo)，搖桿、玩具等。家庭煙霧濃度偵測(cè)器。家具智能型標(biāo)簽。Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是就是Zigbee應(yīng)用方案的經(jīng)典應(yīng)用。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在壓力過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、流量過(guò)程控制數(shù)據(jù)采集、溫度濕度監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)中心、社區(qū)安防、設(shè)備監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、制冷監(jiān)控、倉(cāng)庫(kù)貨物監(jiān)控等方面。適用于蔬菜大棚溫度、濕度和土壤酸堿度監(jiān)控，鋼鐵冶煉溫度控制，煤氣抄表等各個(gè)領(lǐng)域。這種網(wǎng)絡(luò)主要用于無(wú)線系統(tǒng)中短距離的連接，提供傳感器網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制的命令和信息的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線化。這種網(wǎng)絡(luò)是低速率的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，射頻傳輸成本低，各節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，低功耗，適用于電池長(zhǎng)期工作供電，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的對(duì)等通信，快速組網(wǎng)自動(dòng)配置，自動(dòng)恢復(fù)和高級(jí)電源管理，網(wǎng)絡(luò)中任意個(gè)傳感器之間可相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。3、1、2 低功耗低速率技術(shù)特點(diǎn)Zigbee技術(shù)是一種應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間的無(wú)線通信技術(shù)，這種通信組網(wǎng)是基于中短距離范圍內(nèi)、低傳輸速率下的。根據(jù)Zigbee技術(shù)的本質(zhì)，它具有下列特性：1、低功耗 在非工作模式時(shí)，Zigbee節(jié)點(diǎn)是處于休眠狀態(tài)的。Zigbee設(shè)備休眠激活時(shí)延為15ms，搜索時(shí)延一般為30ms。由于收發(fā)信息低功耗，工作時(shí)間短，且采用了休眠模式，使Zigbee節(jié)點(diǎn)耗電極少，其電池工作時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右。同時(shí)，由于電池使用時(shí)間取決于電池種類、容量和應(yīng)用場(chǎng)合等很多因素，因此 Zigbee技術(shù)在協(xié)議上對(duì)電池的使用也做了優(yōu)化；對(duì)于某些工作實(shí)踐和總時(shí)間之比小于1%的情況，電池壽命甚至可以超過(guò)10年。工作模式下，Zigbee信號(hào)的收發(fā)時(shí)間短，因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)量小，傳輸速率低；2、高度擴(kuò)展性通過(guò)Network Coordinator的網(wǎng)絡(luò)最多可達(dá)到6500個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上Network Coordinator的可互相連接性，整體Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目將十分龐大。但是，就一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)Zigbee的網(wǎng)絡(luò)最多包括255個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，有一個(gè)是Master設(shè)備，其余則都是Slave設(shè)備。3、可靠性Zigbee技術(shù)中為了提高可靠性，在Zigbee介質(zhì)接入控制層（MAC層）中，采用了talk-when-ready的碰撞機(jī)制這是一種完全確定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，在這種傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要傳送時(shí)，則立刻傳送。每個(gè)數(shù)據(jù)包的發(fā)送都必須等待對(duì)方的確認(rèn)消息，并進(jìn)行信息確信回復(fù)，如果沒(méi)有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次。這種方法的采用可以提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴Ｍ瑫r(shí)，Zigbee針針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用也做了優(yōu)化，通過(guò)時(shí)延和休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短。也為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。3、1、3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚蒢igbee每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功能并非相同，因?yàn)樗且砸粋€(gè)個(gè)獨(dú)立的工作點(diǎn)為依托，通過(guò)無(wú)線通信組成星狀、樹(shù)樁或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。有半功能設(shè)備（RFD）和全功能設(shè)備（FFD）之分，負(fù)責(zé)與所控制的子節(jié)點(diǎn)匯聚數(shù)據(jù)、通信和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設(shè)備（FFD）；另外還有一些節(jié)點(diǎn)，也就是系統(tǒng)中大部分節(jié)點(diǎn)，為子節(jié)點(diǎn)，從組網(wǎng)通信上，它只是其中功能的一個(gè)子集，并成為半功能設(shè)備（RFD）。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)相當(dāng)于現(xiàn)在有線局域網(wǎng)中的服務(wù)器的唯一的協(xié)調(diào)器，具有對(duì)本網(wǎng)絡(luò)的管理能力。網(wǎng)絡(luò)中的全功能節(jié)點(diǎn)可作為路由器、協(xié)調(diào)器以及終端節(jié)點(diǎn)來(lái)使用，而半功能節(jié)點(diǎn)只能由終端節(jié)點(diǎn)使用。在任何一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)號(hào)（PAN標(biāo)識(shí)符）。利用PAN標(biāo)識(shí)符，采用16位的短地址碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信，并可激活網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。Zigbee路由和協(xié)調(diào)器需要對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù)。Zigbee路由和協(xié)調(diào)器也可以保存一定數(shù)據(jù)量得入口，僅僅在路由維護(hù)時(shí)使用這些入口，或者在耗盡所有其他的路由容量的情況下使用這些入口。路由選擇是在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備相互合作條件下建立路由的一個(gè)流程的選擇，并且該流程通常與特定的源地址和目的地址相對(duì)應(yīng)。路由選擇包括如下流程：1、路由搜索的初始化。2、接受路由請(qǐng)求命令幀。3、接受路由應(yīng)答命令幀3、2 Zigbee協(xié)議棧整體架構(gòu)：Zigbee協(xié)議結(jié)構(gòu)體系Zigbee協(xié)議棧由一組子層組成，每一層為其上層提供一定的特定服務(wù)：一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，一個(gè)管理實(shí)體提供管理、維護(hù)等服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）提供了一系列的基本服務(wù)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。Zigbee協(xié)議棧中包括應(yīng)以下各個(gè)子層：APP（Application Programming）：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個(gè)目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個(gè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。HAL（Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動(dòng)及操作函數(shù)。ZigBee硬件層通過(guò)射頻固件和射頻硬件提供了一個(gè)從MAC層以硬件層無(wú)線信道的接口。在硬件層中，包含一個(gè)硬件層管理實(shí)體（PLME），該實(shí)體通過(guò)調(diào)用硬件層的管理功能函數(shù)，為硬件層管理服務(wù)提供其接口，同時(shí)，還負(fù)責(zé)維護(hù)由硬件層所管理的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)包含有硬件層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)的基本信息。物理層結(jié)構(gòu)模型MAC：介質(zhì)接入控制子層，包含了MAC 層的參數(shù)配置文件及其MAC 的LIB 庫(kù)的函數(shù)接口文件。實(shí)現(xiàn)的功能有：1、能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)。2、支持PAN的連接和斷開(kāi)連接。3、同信標(biāo)保持同步。4、在對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。5、處理和維護(hù)GTS機(jī)制。6、信道接入采用CSMA-CA接入機(jī)制。7、支持設(shè)備的安全性。介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)幀被稱為MAC協(xié)議數(shù)據(jù)單元(MPDU)，其長(zhǎng)度不超過(guò)127個(gè)字節(jié)。它具有四種不同的幀形式，即信標(biāo)幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和命令幀。MT（Monitor Test）：實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口可控各層，與各層進(jìn)行直接交互。NWK（ZigBee Network Layer）：網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫(kù)的函數(shù)接口文件，APS 層庫(kù)的函數(shù)接口。OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。Profile：AF（Application work） 層目錄，包含AF 層處理函數(shù)文件。Security：安全層目錄，安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等。Services：地址處理函數(shù)目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及ZStack 相關(guān)配置信息。ZDO（ZigBee Device Objects）：ZDO 目錄。ZMac： MAC 層目錄，包括MAC 層參數(shù)配置及MAC 層LIB 庫(kù)函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。ZMain：主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及硬件配置文件。Output：輸出文件目錄，這個(gè)EW8051 IDE 自動(dòng)生成的。3、3: Zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層：3、3、1網(wǎng)絡(luò)層概述及其實(shí)現(xiàn)功能ZigBee網(wǎng)絡(luò)層必須提供功能，其的主要就是提供一些必要的函數(shù)，以保證IEEE 802.15.4-2003ZigBee協(xié)議棧的MAC層能夠正確操作，正常工作，并且為應(yīng)用層提供一個(gè)合適的服務(wù)接口。為了和應(yīng)用層通信，必須向其提供接口，網(wǎng)絡(luò)層的概念包括了兩個(gè)必要的功能服務(wù)實(shí)體，提供必要的功能。它們分別為數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體（NLDE）和管理服務(wù)實(shí)體（NLME）。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLDE）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)接入點(diǎn)（NLDE-SAP）提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（NLME）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的管理庫(kù)服務(wù)接入點(diǎn)（NLME-SAP）提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體利用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體來(lái)獲得一些網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，并完成一些網(wǎng)絡(luò)的管理工作。并且，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)，叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)（NIB），網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)（NIB）的維護(hù)和管理。1、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLME）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即在同一個(gè)內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)中的兩個(gè)或者更多的設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，允許一個(gè)應(yīng)用程序?qū)凑諔?yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元（APDU）的格式進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體提供如下服務(wù)：生成網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元）PDU（NPDU）：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLME）通過(guò)增加一個(gè)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議頭，從應(yīng)用支持子層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU中生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）。指定拓?fù)鋫鬏斅酚桑壕W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體能夠發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)合適的設(shè)備，該設(shè)備可以是最終的目的通信設(shè)備，也可能是通信鏈路中到最終目的節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。2、 網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，允許一個(gè)應(yīng)用程序與堆棧相互作用。并且網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還維護(hù)一個(gè)叫做網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù)（NIB）的管理對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)。網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體應(yīng)該提供如下服務(wù)：配置一個(gè)新的設(shè)備：為所需的操作充分配置協(xié)議棧的功能。為保證設(shè)備正常工作的需要，滿足配置的需要，設(shè)備應(yīng)該具有足夠堆棧。配置選項(xiàng)中包括對(duì)一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器的操作，或加入一個(gè)已存在的網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)始一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，使之具有建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的能力。加入、重新加入和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)加入、重新加入和離開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能，以及為一個(gè)ZigBee協(xié)調(diào)器或者ZigBee路由器請(qǐng)求一個(gè)設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的能力。具有連接或者斷開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能力。尋址：ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee路由器具有為新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址的能力。鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)、記錄和匯報(bào)有關(guān)單跳鄰居設(shè)備信息的能力。路由發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)和記錄有效地傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由能力，即信息可以有效的傳達(dá)。收控制：具有控制設(shè)備接收機(jī)接收狀態(tài)的能力，即控制何時(shí)接收者是激活的，以及接收激活時(shí)間的長(zhǎng)短，從而使MAC層的同步或者直接接收等。 路由：具有使用不同路由機(jī)制的能力。有單播、多播、廣播等，使得路由能夠在網(wǎng)絡(luò)中高效率的交換數(shù)據(jù)。3、網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)兩種服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（SPA）提供相應(yīng)的兩種服務(wù)，它們分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)（NLDE）和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)（NLME）。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)接入，網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)接入。這兩種分別服務(wù)通過(guò)MCPS-SAP和MLME-SAP接口為MAC層提供接口。這些接口之外，在NLDE-SAP和NLME-SAP之間有一個(gè)隱藏的借口，允許NLME使用網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)服務(wù)。NWK層的組件以及接口如下圖所示：網(wǎng)絡(luò)層參考模型3、3、2網(wǎng)絡(luò)層中常用路由協(xié)議在移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不斷變化。如何迅速準(zhǔn)確地選擇網(wǎng)絡(luò)路由的問(wèn)題，是移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要核心的問(wèn)題。常規(guī)的距離向量算法DVA和鏈路狀態(tài)算法LSA，不能滿足Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；單向信道的存在；有限的無(wú)線傳輸帶寬；無(wú)線移動(dòng)終端的局限性等特點(diǎn)。因此，自20世紀(jì)70年代美軍DARPA資助的分組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目開(kāi)展以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的許多研究人員從不同的角度提出了一系列的移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。這些協(xié)議必須處理好移動(dòng)Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的以上特點(diǎn)。根據(jù)發(fā)現(xiàn)路由的驅(qū)動(dòng)模式的不同，可將這些路由協(xié)議分為表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議和按需路由協(xié)議。如圖所示：表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議又稱為主動(dòng)式（或先應(yīng)式）的路由協(xié)議（Proactive Protocols）。是一種基于表格的路由協(xié)議。該路由協(xié)議試圖維護(hù)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)到其余所有節(jié)點(diǎn)的最新路由信息，所有路由信息都保持一致。這個(gè)路由協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)一張或多張表格，這些表格中包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中所有其他節(jié)點(diǎn)的路由信息表。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化發(fā)