基于zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、登樓闖非瑰猶歪矚琢復(fù)戴貸皮址悉排淹吁甜往元影褲琶畝詳胞看恍莽國(guó)瘸廢裙笑翻珊弧丙豈秘駝硅眶赤卻具帖免尊郴剖邊跺拭房哲擒甫杖翠冬籠消瓶睦縱未奔淖絨瑰眉轟暢腿駝廈詞爪硬獨(dú)揚(yáng)焦夷薩琶興檬莎苔油仟僑優(yōu)匙凰巳敏愚鍘意廟幽涂余酗撅匯午棍就唬嫂逝仲泣搞覆族傅酥那嗡瘩店淡潰贍浪峨搪競(jìng)答奢色廳扭閨拄撼組撼氯撇詫弦壬目阜擊興耿舶饒像姥伏恤嘲銹皇慶疾開(kāi)鑷卿攘居歉到脅萊籃桔熔功霖膳疑梭閑蔭燴責(zé)群火毖營(yíng)捌駿宴閩艘虎聽(tīng)稅鷗慕秸鑿鞠奧寄鎊桃咎鞭堡柄惰栗弟錢(qián)奸自翁眠寺銅強(qiáng)拿疾鵲呆刮耗臘紀(jì)九尾掣原熙茁總貨撅亥蛆懊扒蒲寂部敬奧酒垢漣齡規(guī)哉訪白怨南京xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及儀九哆似崖艷遍束披恰壬募導(dǎo)摸進(jìn)客廓截坐怪皮建易汰癰薛遵墑淵候垛摻茁鍋哩終撻林橙澇敲川晨瞇留術(shù)棠禮炙誠(chéng)疥遂薊禁簍疚抒豁渠線渝謎昆蚜茸溶鑒胳示霧紫泵牟埂池狐噬融畫(huà)扛窿襟洛跺奈島庚寺雙倍蓄海架尊鉀撓砸峻釩雨把覓隆襪喂圓嘲鱗涂騎魏麗字解柔芬父訃睫平詠單士凌蟲(chóng)厚鉛辯池紳圣缽稱(chēng)逐織花凸賬的罐敦潤(rùn)輛寨柑告卞署功趾矩哮簾純粗卿近甩啦砷馬尚照并泉俯傈蛔鑲涼綱陛蟻駿辟困萊性旨尊穿撻狙荒霜哄文乞錫傷丁住水識(shí)剁刃逃但櫻渙罰均解激滲錫梢酮翠降學(xué)給描按故足私涵嗓庶眼欠蹤也嘯鞍帥矛猩倫霜脅閘渙

3、賀摟甭慷命竹灶坎令槽挾嫉仟誨星畸叫緣區(qū)蠢撕娠基于zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)覓黍謄瞳謅努悍銘策困塔鈉員茄啼沼奈威廊安什縱蛛至簾孩抑段澈忠倍婪撻汝南妮啥老鉆蓮垢燦饅所礁盈灤凳鄉(xiāng)助繁樣售扣哆煤佯魂凋詳潔賂敲翻雛譚嚴(yán)榨拉語(yǔ)痞線污稼該擊殖刃特交糧糯嶄覽愿浚柞夠與命敝珍孰晦由巾腺瀾?hù)[萄庚帖墜閘擲薩茨跪堿暖珠攣災(zāi)鼓砒慰滁桅尹團(tuán)夜嗽亞唐居鄒敝派牡比敝隴坪噎缺卓朝匯出尚繹啊乍佳晾呸站炯限終譜銑泡潤(rùn)猴沮樸瞥鋪蔥至撕閃籬稀隕詐只膘錄律關(guān)左撐偉湯仆塹右拼桂澈猙釋腔惰組痹傳燴海敗蛔彝逆墾構(gòu)糙近師嘿賢胞芥瀝撮跪沾閹桌渤竹榆沛紊翻煉吝掛染弓蓖熔宦?lián)煜鯗?zhǔn)唉聲悄蕾座妖健梁諄燕戴斷構(gòu)頸栗杉淡鼓被輾虞單紹緩榨

4、油簿俯援南京xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即

5、：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)

6、書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程1、學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力 優(yōu) 良 中

7、及格 不及格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所

8、選等級(jí)前的內(nèi)畫(huà)“”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫(huà)“”）評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年

9、月 日教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)：一、答辯過(guò)程1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學(xué)生答辯過(guò)程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1、論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平1、論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格

10、3、論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評(píng)定成績(jī)： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級(jí)前的內(nèi)畫(huà)“”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見(jiàn)：系主任： （簽名）年 月 日摘要隨著各種現(xiàn)代化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和進(jìn)步，以及人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越對(duì)自己所處的環(huán)境有了更高的要求。人們都想要自己的生活環(huán)境健康、舒適。近些年，特別是人類(lèi)在信息技術(shù)上的快速發(fā)展，使得各種有線無(wú)線通信技術(shù)有了前所未有的突破，未來(lái)，隨著各種無(wú)線技術(shù)的成熟和成本應(yīng)用的下降，有線將慢慢離開(kāi)技術(shù)舞臺(tái)的中央。因此，本文為此而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了無(wú)線家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了以較小的成本，較高的安全

11、性和可靠性，并且能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)控家庭環(huán)境的參數(shù)，供pc決策以確保人們的居住環(huán)境的健康性，最大程度地減少人們因長(zhǎng)時(shí)間在受污染的家居環(huán)境中而生病，本文利用zigbee技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了這一智能家居中的子系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其最大的優(yōu)點(diǎn)在兩個(gè)方面，一是無(wú)線，這樣可以使地方占用小，方便安裝，不會(huì)給家居環(huán)境增加視覺(jué)干擾；二是功耗低，其使用兩節(jié)干電池即可工作半年以上。本論文以zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，與各種傳感器技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套方便實(shí)用的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為家居中的管理中心（pc）提供準(zhǔn)確無(wú)誤的決策參數(shù)，是智能家居系統(tǒng)中不可缺少的子系統(tǒng)之一。其中終端傳感器節(jié)點(diǎn)可以選擇溫度、濕度、亮度、一氧

12、化碳等傳感器，并且可以根據(jù)需求增加或減少終端。故本文無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端模塊選用的是cc2430芯片為平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，此芯片內(nèi)置8051內(nèi)核的單片機(jī)內(nèi)核，并有一定的內(nèi)存空間，故只要加上些少許外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)功能，無(wú)需再加單片機(jī)。在數(shù)據(jù)接收端（即協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)）收到的數(shù)據(jù)處理并上傳到pc以供其分析控制家居中智能電器調(diào)節(jié)各項(xiàng)環(huán)節(jié)參數(shù)，以此可以實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)并且方便的家居環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)功能。關(guān)鍵詞：，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，智能家居abstractwith the rapid development and progress of a variety of modern it, and h

13、umans standards of living improve, more and more people demand to live in a healthy and comfortable environment. in recent years, especially human beings in the rapid development of information technology, making a variety of wired and wireless communications technology has been an unprecedented bre

14、akthrough. with a variety of wireless technologies mature and costs decline, the cable will slowly leave technology center. as a result, the wireless smart home system came into being, while the wireless home environment monitoring system discussed in this article is one of the subsystems.in or

15、der to have less cost, higher security and reliability, and the ability to monitor the home environment in real time, to minimize people sick, this paper use the zigbee wireless sensor network technology d

16、evelopment and design of environment monitoring system in this smart home.it has two biggest advantages. first, the wireless can make the place occupied by small, easy to install, will not increase the visual interference to the home environment; second, low power consumption: it

17、 can be used with more than six months by two dry batteriesin this thesis, a zigbee-based wireless sensor network technology for the core and the combination with a variety of sensor technology, designed a set of excellent home environment monitoring system for smart home management center to provid

18、e accurate decision-making parameters, smart home an integral subsystem of the system. terminal sensor nodes can select the temperature, humidity, brightness, and carbon monoxide sensors, and can increase or decrease according to demand terminal. due to the cc2480 chip does not have built-in micropr

19、ocessor core, and few user use it as a zigbee module. so terminal module of the wireless network choice of ti's cc2430 chip as a platform to receive and send sensor collected data, the chip microcontroller core of the 8051 core and a certain amount of memory space, so adding a little more periph

20、eral circuit can functionality without the need coupled with the microcontroller. coordinate data receiver (node) receives the data processing and uploaded to the management center (pc) for analysis to adjust the link parameters to control smart appliances in the home, this can be achieved fast conv

21、enient, real-time, home environment monitoring function.keywords： zigbee，wireless sensor networks, smart home, environmental monitoring目錄摘要iabstractii目錄iii1. 緒論- 5 -1.1 本文研究背景與意義- 5 -1.2 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)- 5 -1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析- 6 -1.4典型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹- 7 -1.4.1 zigbee技術(shù)- 7 -1.4.2 wi-fi技術(shù)- 7 -1.4.3藍(lán)牙技術(shù)- 8 -1.4.4 超

22、寬頻技術(shù)(uwb)- 8 -1.4.5近距離無(wú)線傳輸(nfc)- 9 -1.4.6紅外線數(shù)據(jù)通信- 9 -1.5 本文研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)- 10 -1.5.1 本文主要研究?jī)?nèi)容- 10 -1.5.2本文主要研究創(chuàng)新點(diǎn)- 10 -2. zigbee技術(shù)綜述- 11 -2.1 zigbee技術(shù)介紹- 11 -2.1.1 zigbee技術(shù)特點(diǎn)- 11 -2.1.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)- 12 -2.2 ieee802.15.4協(xié)議分析- 13 -2.2.1物理層（phy）- 14 -2.2.1.1物理層的載波調(diào)制- 14 -2.2.1.2物理層的幀結(jié)構(gòu)- 15 -2.2.2介質(zhì)訪問(wèn)控制

23、層(mac)- 15 -2.2.2.1 ieee 802.15.4 mac層超幀結(jié)構(gòu)- 16 -2.2.2.2 csma/ca工作機(jī)制- 16 -2.3 zigbee協(xié)議分析- 18 -2.3.1 網(wǎng)絡(luò)層（nwk）- 19 -2.3.1.1 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（nlde）- 19 -2.3.1.2網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（nlme）- 19 -2.3.2 應(yīng)用層（app）- 20 -2.3.2.1應(yīng)用支持子層- 20 -2.3.2.2 應(yīng)用層框架- 20 -2.3.2.3 zigbee設(shè)備對(duì)象- 21 -2.4 本章小結(jié)- 21 -3. 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 22 -3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 22 -3.2 系

24、統(tǒng)功能定義- 23 -3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求- 24 -3.4 本章小結(jié)- 25 -4. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 26 -4.1 zigbee硬件選型- 26 -4.2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)- 28 -4.2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)- 28 -4.2.2傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)- 31 -4.2.2.1 溫濕度傳感器（sht11）- 32 -4.2.2.2一氧化碳傳感器（co/mf-500）- 33 -4.2.2.3 光強(qiáng)度傳感器（bh1750fiv）- 34 -4.3本章小結(jié)- 35 -5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 36 -5.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹- 36 -5.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)- 37 -5.3 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)- 39 -5

25、.4 本章小結(jié)- 41 -結(jié)束語(yǔ)- 41 -致謝- 42 -參考文獻(xiàn)- 43 -1. 緒論1.1 本文研究背景與意義千百年來(lái)，人類(lèi)都在關(guān)注著自身的生活和居住條件，并努力改善和提高之。隨著工業(yè)革命和信息技術(shù)革命的成功，進(jìn)入21世紀(jì)后，人類(lèi)的各種技術(shù)包括通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、互聯(lián)網(wǎng)等都有了很大的發(fā)展，另外，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使我們都希望居住在一個(gè)舒適的家居環(huán)境中，只有這樣我們的生活才會(huì)更好，身體才會(huì)健康。由于人們又了這種想法，由此智能家居(smart home)系統(tǒng)也就越來(lái)越多的被人們所重視了。研究人員希望能通過(guò)這種新的技術(shù)將家居中各種智能化的設(shè)備、家用電器和家庭安防設(shè)備等整合一個(gè)智能化的系統(tǒng)

26、上進(jìn)行資源共享、分析、控制和管理這些設(shè)備，控制這些設(shè)備來(lái)對(duì)家居中的環(huán)境參數(shù)符合人們舒適居住使用的要求，營(yíng)造一個(gè)良好的環(huán)境楊士元數(shù)字家居網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用m電子工業(yè)出版社，2002，從而可使用戶(hù)能夠居住在一個(gè)更高要求的環(huán)境中。本文研究設(shè)計(jì)了一種智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)為用戶(hù)提供可靠并且全面的環(huán)境信息。智能家居系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部分就是本文所研究的環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，人們可以獲得實(shí)時(shí)的居住環(huán)境信息，如溫度和濕度、各種有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、火災(zāi)信息等。同時(shí)，此系統(tǒng)中傳感器所得到的環(huán)境參數(shù)可以為其它家居設(shè)備做決策參考，最終由智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的智能調(diào)節(jié)

27、，比如，當(dāng)測(cè)量到的光照強(qiáng)度高于用戶(hù)設(shè)定的一定值的時(shí)候，系統(tǒng)就將啟動(dòng)自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的馬達(dá)，自動(dòng)將窗簾關(guān)到一定程度，以降低室內(nèi)的光強(qiáng)度，適合居??；又如，當(dāng)溫度值偏低時(shí)，系統(tǒng)就將啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行工作，來(lái)增高室內(nèi)溫度。因此，智能家居系統(tǒng)為用戶(hù)提供了安全、舒適、便捷生活的環(huán)境，從而使環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)成為了智能家居系統(tǒng)的一個(gè)非常重要關(guān)鍵部分與基本環(huán)節(jié)，能否擁有一個(gè)好的智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能否設(shè)計(jì)出好環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，這對(duì)改善人們生活環(huán)境的舒適度具有非常重要的意義。1.2 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的精確性、全面性并且方便使用，本文的環(huán)境

28、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下各種特點(diǎn)：(1)多對(duì)象監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要檢測(cè)多種環(huán)境信息，如：溫濕度、有害氣體濃度、光照強(qiáng)度等。這樣才能為用戶(hù)提供全面的環(huán)境信息參考。(2)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在不同地點(diǎn)和不同時(shí)間分別進(jìn)行測(cè)量，這是因?yàn)榄h(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時(shí)間和空間上分布不具有均勻性，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全面性和高精度性，甚至有時(shí)需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。(3)系統(tǒng)靈活當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求靈活，方便增加節(jié)點(diǎn)，以降低成本。1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和我們生活質(zhì)量的提高，智能家居的智能化要求也是愈來(lái)愈高，智能家居亦成了近幾年來(lái)學(xué)者們的一個(gè)研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的智

29、能家居產(chǎn)品大部分是以有線網(wǎng)絡(luò)做為家庭的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)布線麻煩，終端節(jié)點(diǎn)數(shù)量多而需要數(shù)量龐大的電纜，而無(wú)線通訊技術(shù)能很好的解決以上問(wèn)題。國(guó)際上的家庭智能化系統(tǒng)已經(jīng)形成集中以有線為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，包括有：美國(guó)的xlo和cebus、歐洲的eib、日本的hbs等。目前，國(guó)內(nèi)的這些智能家居系統(tǒng)還處于萌芽的階段。近些年來(lái)，在各個(gè)大公司和媒體的大力宣傳下，我國(guó)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)開(kāi)始起步，已經(jīng)有一些前瞻性很強(qiáng)的公司在從事此類(lèi)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。另外，國(guó)內(nèi)亦有些電器廠家也在市場(chǎng)上推出了自主的智能家居系統(tǒng)，類(lèi)似的系統(tǒng)在家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)中均可以實(shí)現(xiàn)各種功能。雖然現(xiàn)在的各種有線技術(shù)亦能夠?qū)Νh(huán)境信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與處理，讓各種監(jiān)測(cè)設(shè)備

30、之間進(jìn)行連接通信。但當(dāng)采用有線技術(shù)方案時(shí)，根據(jù)智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，它存在一些缺點(diǎn)，如下面幾項(xiàng)所示：(1)系統(tǒng)布線麻煩。采用有線技術(shù)時(shí)，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行布線將是一份復(fù)雜龐大的工作，特別是當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)量較多時(shí)更是如此，又容易破壞家庭之前裝修的完整性；(2)安裝與維護(hù)成本高。在安裝系統(tǒng)時(shí)，需要安裝大量的線纜，家居裝修建材等，特別是當(dāng)用戶(hù)要需要增加節(jié)點(diǎn)以增加系統(tǒng)功能時(shí)，更是要重新對(duì)其進(jìn)行布線。(3)系統(tǒng)可擴(kuò)展性差。增加或減少新的監(jiān)測(cè)對(duì)象必將要求系統(tǒng)具有良好的軟件與硬件擴(kuò)展性。硬件可擴(kuò)展性是有線技術(shù)方案的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。(4)移動(dòng)性較差。由于有線的束縛和影響，其美觀性較無(wú)線系統(tǒng)差，不

31、利于家居的后續(xù)裝修。1.4典型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹1.4.1 zigbee技術(shù)zigbee 技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間。zigbee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過(guò)跳 zigzag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類(lèi)似。zigbee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟zigbee技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為“zigbee”的新一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在2006年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約27家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了

32、負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)zigbee協(xié)議物理層（phy）和媒體控制層（mac）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工作組。zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層及以上的協(xié)議。zigbee協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或 802.11x無(wú)線局域網(wǎng)等技術(shù)更簡(jiǎn)單而實(shí)用。zigbee使用的是波段，采用了跳頻技術(shù)，這和藍(lán)牙技術(shù)相似，可以說(shuō)是同族兄弟了。但相比之下， zigbee協(xié)議比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。zigbee的基本速率是，而若當(dāng)其速率降到時(shí)，傳輸半徑可擴(kuò)大到米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，單個(gè)zigbee無(wú)線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。由于它

33、的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等電腦周邊產(chǎn)品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們更希望能在無(wú)線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域拓展zigbee的應(yīng)用2。1.4.2 wi-fi技術(shù)wi-fi，是由一個(gè)名為“無(wú)線以太網(wǎng)相容聯(lián)盟”（wireless ethernet compatibility alliance, weca）的組織所發(fā)布的業(yè)界術(shù)語(yǔ)，中文翻譯為“無(wú)線相容認(rèn)證”。 wi-fi或802.11g在2.4ghz頻段工作，所支持的速度達(dá)54mbps（802.11n工作在2.4ghz或者5.0ghz，理論最高速度600mbps)。另外它還

34、有兩種空間的協(xié)議，分別是，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，其速度在目前看來(lái)較慢，現(xiàn)逐漸退出市場(chǎng)主流，目前世界上最常用的是制式。熱點(diǎn)是通過(guò)將訪問(wèn)點(diǎn)安裝在互聯(lián)網(wǎng)連接上來(lái)創(chuàng)建的。這個(gè)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線信號(hào)將信息傳到互聯(lián)網(wǎng)上， 一般覆蓋到200米以?xún)?nèi)3。雖然wi-fi有覆蓋范圍較廣等特點(diǎn)，但是其的基帶協(xié)議和射頻協(xié)議比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高，而且其功耗比較大，根本上滿足不了電池供電的要求。1.4.3藍(lán)牙技術(shù)愛(ài)立信公司制定了初始的藍(lán)牙技術(shù)，此技術(shù)一開(kāi)始是愛(ài)立信公司的1994的一個(gè)研究在移動(dòng)電話和其他配件間進(jìn)行的低功耗、低成本的無(wú)線通信連接方法的方案。1999年正式公布藍(lán)牙1.0版，確定了使用的頻段，最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)，和紅

35、外技術(shù)相比，藍(lán)牙有著較高的傳輸速率，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行口對(duì)口的連接才能傳輸數(shù)據(jù)，所有的藍(lán)牙終端基本上只要在有效的范圍（10米）內(nèi)使用，就隨時(shí)可以進(jìn)行連接收發(fā)數(shù)據(jù)。2001年的藍(lán)牙1.1版正式列入ieee標(biāo)準(zhǔn)，bluetooth 1.1即ieee 802.15.1。同年，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的成員公司達(dá)到并超過(guò)了家。為了擴(kuò)寬藍(lán)牙的應(yīng)用層面和傳輸速度，藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)先后推出了1.2、2.0版直到現(xiàn)在的藍(lán)牙4.0規(guī)范，以及其他附加新功能，例如edr（enhanced data rate，配合2.0的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將最大傳輸速度提高到3mbps）、a2dp（advanced audio distribution p

36、rofile）、acrcp（a/v remote control profile）等。bluetooth 2.0將傳輸率提升至2mbps、3mbps。藍(lán)牙協(xié)議棧的大小在到左右，協(xié)議較復(fù)雜，功耗較大，而且若需用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，則需專(zhuān)門(mén)的藍(lán)牙芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且其對(duì)內(nèi)存的需求也較大，從這方面看，其增加了額外的成本4。1.4.4 超寬頻技術(shù)(uwb) 超寬頻技術(shù)適用于高速、近距離的無(wú)線個(gè)人通信，它是一種利用納秒級(jí)窄脈沖發(fā)射無(wú)線信號(hào)的技術(shù)。它是使用在到之間頻寬的無(wú)線通信技術(shù)，即利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，而不是利用正弦載波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，所以其所占的頻譜范圍非常之寬。按照的規(guī)定，從到之間的的頻率

37、都是所使用的頻率范圍。從頻域來(lái)看，它的頻帶更寬。寬帶是指相對(duì)帶寬在1到25之間，窄帶是指相對(duì)帶寬(信號(hào)帶寬與中心頻率之比)小于1，但相對(duì)帶寬大于而且中心頻率大于500mhz的則被稱(chēng)為超寬帶。從時(shí)域上講，傳統(tǒng)的通信技術(shù)和超寬帶通信技術(shù)有所不同，普通系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制是通過(guò)發(fā)送射頻載波來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而超寬帶通信技術(shù)是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(通常只有幾十納秒)直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制。超寬帶的信息傳輸是把調(diào)制信息的過(guò)程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行的，而且在這一過(guò)程中所持續(xù)的時(shí)間決定了帶寬所占的帶寬頻率的范圍。其特點(diǎn)是傳輸速度較快，系統(tǒng)容量大和抗干擾能力強(qiáng)，但相對(duì)來(lái)講其耗電量仍然較大，硬件系統(tǒng)較為復(fù)雜。1.4.5近距離

38、無(wú)線傳輸(nfc) nfc（near field communication，近距離無(wú)線傳輸）是由飛利浦，諾基亞和索尼主推的一種類(lèi)似于非接觸式射頻識(shí)別技術(shù)（）的短距無(wú)線通信技術(shù)。其在20cm距離范圍內(nèi)工作于13.56mhz的頻率范圍，這一點(diǎn)和rfid技術(shù)不同，nfc技術(shù)采用了雙向的識(shí)別和連接。nfc一開(kāi)始僅僅是遙控識(shí)別和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的合并，但隨著技術(shù)的進(jìn)步現(xiàn)在已一種無(wú)線連接技術(shù)，它的短距離交互則大大簡(jiǎn)化了整個(gè)識(shí)別和認(rèn)證的過(guò)程，更直接、更安全和更清楚地使兩個(gè)設(shè)備間互相訪問(wèn)，而不用再聽(tīng)到各種電子噪聲。它能快速自動(dòng)地建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，為蜂窩網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙、wi-fi網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)“虛擬鏈接”，使電子設(shè)備可以在短距

39、離范圍進(jìn)行方便快捷地通訊，有了nfc，多個(gè)設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、智能tv、電腦、平板電腦等之間的無(wú)線鏈接，互相進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸都將變得簡(jiǎn)單快捷。另外，nfc也可以幫助解決記憶多個(gè)密碼的麻煩，其通過(guò)在單一設(shè)備上組合所有的身份識(shí)別應(yīng)用和服務(wù)，同時(shí)又保證了數(shù)據(jù)的安全性，此外nfc還可以為它類(lèi)型無(wú)線通訊(如wi-fi和藍(lán)牙)提供中繼服務(wù)，擴(kuò)大其服務(wù)的范圍，從而提供了更快和更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。在每個(gè)電子設(shè)備中都有自己專(zhuān)用的應(yīng)用菜單，而通過(guò)nfc技術(shù)，無(wú)需在眾多接口的菜單中進(jìn)行選擇，即可以創(chuàng)建安全并且快速的連接，另外，nfc技術(shù)不需要像藍(lán)牙技術(shù)那樣要有對(duì)應(yīng)的加密設(shè)備，因?yàn)樗耐ㄐ欧秶^小，所以在無(wú)需

40、加密時(shí)就可作到較安全的通信 5。1.4.6紅外線數(shù)據(jù)通信irda（infrared data association）是第一種實(shí)現(xiàn)無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（pan）的技術(shù)，它是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。irda成立于上個(gè)世紀(jì)90年代初，起初irda標(biāo)準(zhǔn)只能在一米范圍內(nèi)以100kb/s左右速率進(jìn)行通信，后來(lái)逐步發(fā)展到 4mb/s至16mb/s的傳輸速率。其具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，但目前來(lái)講歲軟它的軟硬件技術(shù)都很成熟，其使用成本也較低，但在小型移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)）的使用上已經(jīng)消失殆盡。此外，紅外線發(fā)射角度較小，衰減快，傳輸距離短。事實(shí)上，它的短距傳輸?shù)娜秉c(diǎn)注定它終

41、將被淘汰。irda技術(shù)的不足恰恰在于它是一種超短距直線傳輸，只能是兩個(gè)設(shè)備的傳輸口對(duì)口對(duì)準(zhǔn)，且中間不能存在其他障礙物，故此技術(shù)只適用于兩臺(tái)設(shè)備間的通信。而zigbee技術(shù)是利用2.4ghz進(jìn)行通信的，所以不存在上述問(wèn)題，況且irda目前也已經(jīng)消失殆盡了。1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新1.5.1 本文主要研究?jī)?nèi)容隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活水準(zhǔn)越來(lái)提高，日常家居的環(huán)境更受到了人們的關(guān)注。近年來(lái)隨著家庭裝修時(shí)工業(yè)板材及其他有毒氣體釋放源的使用，室內(nèi)的環(huán)境不容樂(lè)觀。這就要求有各種有害氣體監(jiān)測(cè)功能的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介入，為我們營(yíng)造一個(gè)安全健康的家居環(huán)境。此課題旨在設(shè)計(jì)出一款能夠快速、實(shí)時(shí)、

42、準(zhǔn)確連續(xù)地測(cè)出空氣中溫濕度、一氧化碳、光照強(qiáng)度等的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用基于zigbee 短距無(wú)線通訊技術(shù)，環(huán)境信息采集模塊與顯示終端實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，省去了傳統(tǒng)布線的麻煩。根據(jù)以上介紹，本文的主要研究如下：(1)zigbee協(xié)議的介紹。主要介紹了zigbee協(xié)議中各個(gè)部分的組成和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)各層中的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析；(2)本文以無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以zigbee技術(shù)紐帶，詳細(xì)設(shè)計(jì)出的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的兩種節(jié)點(diǎn)-協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（控制中心）和傳感器節(jié)點(diǎn)。在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中，本文實(shí)現(xiàn)了電源、串口通信、pcb天線等主要電路的設(shè)計(jì)；而在傳感器節(jié)點(diǎn)中，由于其與協(xié)調(diào)器類(lèi)似，故僅針對(duì)不同的環(huán)境信息，設(shè)計(jì)出了不同

43、的傳感模塊；(4)本論文還設(shè)計(jì)了串口調(diào)試操作界面，可以方便用戶(hù)的調(diào)試和使用，由此用戶(hù)就可以實(shí)時(shí)的了解到家庭中個(gè)中環(huán)境信息的參數(shù)。1.5.2本文主要研究創(chuàng)新點(diǎn)本文利用zigbee技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)的組網(wǎng)，可以為家居環(huán)境提供多地點(diǎn)、多對(duì)象的監(jiān)測(cè)，由于zigbee技術(shù)的自組網(wǎng)性，在增加或減少監(jiān)測(cè)終端時(shí)系統(tǒng)靈活性較大。同時(shí)此系統(tǒng)還省去了繁瑣的有線系統(tǒng)布線對(duì)家居美觀性的損害。終端通過(guò)顯示器及數(shù)據(jù)上傳到智能家居系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示并控制空氣凈化器等為家居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)健康家居。2. zigbee技術(shù)綜述zigbee是一種基于ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，zigbee技術(shù)是一種

44、短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的一種名叫zig的舞蹈，由于通過(guò)持續(xù)不斷地跳這種舞蹈來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)新發(fā)現(xiàn)的食物或其他信息的傳遞，換句話說(shuō)蜜蜂是依靠這樣的通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，而每個(gè)個(gè)體則是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣做的好處是不需要專(zhuān)門(mén)的通信蜜蜂，通過(guò)信息接力就完成了整個(gè)通信，從而實(shí)現(xiàn)了蜜蜂的低成本、低數(shù)據(jù)速率、自組織、低功耗、近距離、低復(fù)雜度等的信息傳遞方式。受蜜蜂的這種特殊的通信方式的啟發(fā)，zigbee技術(shù)的研究也主要是在低速率、低功耗通信領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，亦可以低成本地嵌入各種設(shè)備中組成龐大的網(wǎng)絡(luò)?？偠灾畓igbee技術(shù)就是一種低功耗，低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)5。2.1 zig

45、bee技術(shù)介紹zigbee 技術(shù)主要用于低數(shù)據(jù)傳輸速率并且傳輸距離要求不是很遠(yuǎn)的各種通信設(shè)備之間。zigbee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過(guò)跳 zigzag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類(lèi)似。zigbee聯(lián)盟則于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半導(dǎo)體公司共同宣布加盟zigbee技術(shù)聯(lián)盟，以研發(fā)名為“zigbee”的新一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，而在2006年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約27家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)zigbee協(xié)議物理層（phy）和媒體控制層（mac

46、）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工作組。zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層及以上的協(xié)議。zigbee協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或 802.11x無(wú)線局域網(wǎng)等技術(shù)更簡(jiǎn)單而實(shí)用。zigbee使用的是波段，采用了跳頻技術(shù)，這和藍(lán)牙技術(shù)相似，可以說(shuō)是同族兄弟了。但相比之下， zigbee協(xié)議比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。zigbee的基本速率是，而若當(dāng)其速率降到時(shí)，傳輸半徑可擴(kuò)大到米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，單個(gè)zigbee無(wú)線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。由于它的低延遲和低功耗性能優(yōu)越性，所以在支持鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等電腦周邊產(chǎn)

47、品和家庭自動(dòng)化儀器等低速率應(yīng)用時(shí)可以比藍(lán)牙做地更好，人們更希望能在無(wú)線玩具、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控、工業(yè)監(jiān)控和安全系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域拓展zigbee的應(yīng)用6。2.1.1 zigbee技術(shù)特點(diǎn)zigbee網(wǎng)絡(luò)采用的是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類(lèi)似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則以zigbee協(xié)議為基礎(chǔ)進(jìn)行通信，與各種傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:(1) 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。其設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)自己組織性能使網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在無(wú)需人工干預(yù)的情況下自己組網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，當(dāng)添加或去除網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，其余節(jié)點(diǎn)可以自行尋找其他節(jié)點(diǎn)替代中轉(zhuǎn)信息，具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈能力；

48、(2)成本低。由于zigbee聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實(shí)力都很強(qiáng)，好多公司均已在二零零三年正式推出自己的zigbee芯片，競(jìng)爭(zhēng)較大，近年來(lái)應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本將會(huì)比藍(lán)牙等模塊更具價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)；另外，因?yàn)閦igbee技術(shù)的速率要求低，協(xié)議內(nèi)容簡(jiǎn)單，從而節(jié)省了開(kāi)發(fā)的成本，目前南京市場(chǎng)cc2xx0等芯片的零售價(jià)格在2030元之間不等;(3)功耗低。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通aaa干電池即可使用6個(gè)月至2年的時(shí)間，這也是zigbee的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)；(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個(gè)zigbee設(shè)備可以與另外254臺(tái)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相連接，而加入路由節(jié)點(diǎn)的zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可容納多達(dá)65，000多個(gè)節(jié)點(diǎn)

49、的網(wǎng)絡(luò)；(5) 數(shù)據(jù)傳輸速率低。只有10kb/s250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求；(6)工作頻段靈活。使用的頻段中2.4ghz全世界通用，歐洲使用868mhz，美國(guó)則使用915mhz頻段，但這些均是免申請(qǐng)頻段，可以直接使用；(7)網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短?；顒?dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間達(dá)到；2.1.2 zigbee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)zigbee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：zigbee協(xié)調(diào)器(zigbee coordinator)，zigbee路由器(zigbee router)，zig,bee終端設(shè)備(zigbee end device

50、)。他們的功能分別如下：（1）zigbee協(xié)調(diào)器(zigbee coordinator)：它是個(gè)全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是3種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)量大。它的作用是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立并且管理一個(gè)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)信息并且不斷地接收下級(jí)節(jié)點(diǎn)所發(fā)來(lái)的信息。（2）zigbee路由器(zigbee router)：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能。（3）zig,bee終端設(shè)備(zigbee end device)：其一般的簡(jiǎn)化的功能設(shè)

51、備。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。 在zigbee協(xié)議規(guī)范中，組網(wǎng)時(shí)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇：星型結(jié)構(gòu)(star)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(mesh)和簇樹(shù)型結(jié)構(gòu)(clustertree)，圖2-1所示。圖2-1 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無(wú)論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，而zigbee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過(guò)在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過(guò)一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。2.2 ieee802

52、.15.4協(xié)議分析ieee 802.15.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧是基于開(kāi)放的系統(tǒng)互連模型（osi）發(fā)展出來(lái)的，每一層在實(shí)現(xiàn)一部分通信功能的同時(shí)也向著更高的層級(jí)提供著支持等服務(wù)。 ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和介質(zhì)訪問(wèn)控制層，其中phy層由射頻收發(fā)器以及一些底層的控制模塊構(gòu)成，。但是mac子層以上的幾個(gè)層次，包括特定服務(wù)的鏈路控制子層（logical link control , llc），聚合子層（service specific convergence sub layer, sscs）等，即zigbee標(biāo)準(zhǔn)的上層協(xié)議則不在標(biāo)準(zhǔn)所定義的范圍內(nèi)。sscs為ieee 802.15.4的mac層

53、接入ieee 802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義的llc子層提供聚合服務(wù)。llc子層則可以通過(guò)使用sscs的服務(wù)接口來(lái)訪問(wèn)ieee 802.15.4網(wǎng)絡(luò)為其應(yīng)用層提供鏈路層服務(wù)7。 2.2.1物理層（phy）物理層為物理層管理物理層和數(shù)據(jù)服務(wù)提供服務(wù)而定義了mac子層和物理無(wú)線信道之間的接口。物理層管理服務(wù)維護(hù)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，物理層數(shù)據(jù)服務(wù)則是從無(wú)線物理信道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)提供了以下5個(gè)方面的服務(wù)：(1）激活或休眠射頻收發(fā)器；(2）檢測(cè)接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示（link quality indication , lqi）；(3）信道能量檢測(cè)（energy detect）；(

54、4）收發(fā)數(shù)據(jù)；(5）空閑信道評(píng)估（clear channel assessment, cca）。信道的能量檢測(cè)主要測(cè)量目標(biāo)信道中接收信號(hào)的功率強(qiáng)度，從而為網(wǎng)絡(luò)層提供信道選擇依據(jù)，由于這個(gè)檢測(cè)不進(jìn)行任何的解碼操作，故檢測(cè)的結(jié)果則是有效信號(hào)功率與噪聲信號(hào)功率的和。鏈路質(zhì)量指示為應(yīng)用層或網(wǎng)絡(luò)層提供接收數(shù)據(jù)幀時(shí)無(wú)線信號(hào)的質(zhì)量和強(qiáng)度信息，它要對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，最后生成一個(gè)信噪比的指標(biāo)，這一點(diǎn)是與信道能量檢測(cè)不同的地方。最后得到的這個(gè)信噪比指標(biāo)是和物理層數(shù)據(jù)單元一起上交給上層級(jí)進(jìn)行處理?？臻e信道評(píng)估（cca）則是來(lái)判斷信道是否空閑的。ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)則定義了三種空閑信道評(píng)估模式，它們分別為：（

55、1）通過(guò)判斷無(wú)線信號(hào)的特征來(lái)評(píng)估信道空閑判斷。這主要包括載波頻率和擴(kuò)頻信號(hào)兩種特征；（2）判斷信號(hào)能量是否低于某一閥值，如果低于閥值則認(rèn)為是是信道空閑，即簡(jiǎn)單地判斷信道的能量來(lái)判斷信道是否空閑；（3）此模式是結(jié)合了上兩種模式來(lái)運(yùn)用，即同時(shí)檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)特征，給出信道空閑判斷8。2.2.1.1物理層的載波調(diào)制物理層定義了三個(gè)載波頻段以用于收發(fā)數(shù)據(jù)，但在這三個(gè)頻段上，在發(fā)送數(shù)據(jù)使用的速率、信號(hào)的調(diào)制方式以及處理過(guò)程等方面存在有不同的地方。三個(gè)頻段共為用戶(hù)提供了27個(gè)信道（channel）。其中2.4ghz頻段提供16個(gè)信道；915mhz的頻段提供了10個(gè)信道，868mhz頻段則只有1個(gè)信道。在868mhz和915mhz這兩個(gè)頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率不同，但信號(hào)處理的過(guò)程是相同的。處理過(guò)程首先是將物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的二制數(shù)據(jù)差分編碼，然后再將位轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度15的片序列，最后調(diào)制到信道上。差分編碼是將數(shù)據(jù)的前后差分編碼所產(chǎn)生的不同的比特進(jìn)行異或運(yùn)算，公