基于ZigBee的无线传感网络节点设计与实现

摘要

无线传感器网络节点的低成本、低功耗等特点使其在多个领域有着广泛的应用前景，成为近年来信息科学的一个研究热点。本文基于ZigBee协议，研究了体积小、功耗低、可组网的无线传感器网络节点设计方法，主要研究工作和成果有:
　　对无线传感器网络ZigBee协议进行了研究，分析了ZigBee协议体系结构和组网形式，以及协议的各层的作用，提出了基于ZigBee协议的传感器节点设计方法。
　　研究了无线传感器网络节点硬件设计方法，选择射频芯片CC2431和内嵌的51微处理器作为主控芯片，论述了芯片的结构、性能和特点，研究了节点各模块电路设计方案。
　　借鉴IEEE1451中TEDS概念设计了节点智能化驱动软件及应用软件，同时设计了节点无线通信数据格式，为传感器节点功能拓展提供条件，在MSSTATE_LRWPAN协议栈基础上实现无线通信，并设计服务端进行数据处理和网络管理。研究了节点系统各模块功能以及节点间组网实现方法，实现了系统温度数据采集、无线通信等节点模块功能，完成了基于ZigBee协议的双节点间通信链路的组建。
　　最后，对节点的性能和应用效果进行了测试分析，结果表明，自制节点通信效果好，抗干扰能力强，功耗低，组网稳定，证明了文中提出方案的先进性和有效性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 无线传感网络技术

1．2 传感器节点技术

1．3 国内外研究现状

1．4 研究背景及意义

1．5 本文主要工作和结构

第2章 ZigBee协议结构和原理

2．1 ZigBee协议概述

2．1．1 ZigBee协议体系结构

2．1．2 ZigBee网络设备类型

2．2 IEEE802．15．4标准

2．2．1 物理层

2．2．2 MAC层

2．3 ZigBee规范

2．3．1 网络层

2．3．2 应用层

2．4 ZigBee技术的网络拓扑结构

2．5 本章小结

第3章 基于CC2431的无线传感器网络节点硬件设计

3．1 传感器节点基本功能

3．2 传感器节点设计目标

3．3 传感器节点整体架构

3．4 控制器与射频模块设计方案

3．4．1 CC2431简介

3．4．2 I／O口与调试接口配置

3．4．3 时钟电路与复位

3．4．4 CC2431射频模块电路

3．5 外围扩展电路

3．5．1 外部电源电路

3．5．2 液晶显示与键盘电路

3．5．3 串口与USB通信电路

3．6 硬件工艺特点

3．6．1 主控与射频模块电路PCB要求

3．6．2 外围扩展电路设计

3．7 本章小结

第4章 基于CC2431的无线传感器网络软件设计

4．1 ZigBee节点软件驱动及运行原理

4．1．1 节点驱动流程

4．1．2 ZigBee协议运行原理

4．2 系统软件开发环境

4．3 系统软件设计

4．3．1 系统整体设计

4．3．2 无线发送函数

4．3．3 无线接收函数

4．3．4 FLASH操作部分

4．3．5 按键和显示屏部分

4．3．6 扩展部分

4．4 本章小结

第5章 节点的性能测试与分析

5．1 PC机与节点的通信与联调

5．1．1 通信测试

5．1．2 系统联调

5．2 zigbee协议在定位中的应用

5．3 节点间通信调试及其信道衰减测试

5．3．1 节点与节点通信稳定性测试

5．2．2 信道衰减测试

5．4 节点扩展功能的测试

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢