基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计与实现

摘要

无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,因其在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾、危险场合远程控制等许多领域都有潜在的应用价值,已经成为短距离无线通信领域研究的热点。ZigBee技术是一种短距离、低成本、低传输速率、低功耗的无线通信标准,近年来已经被广泛地应用于无线传感器网络中。
　　 本文首先介绍了无线传感器网络节点的国内外发展状况及基本组成、ZigBee技术的性能指标、协议栈各层的基本功能和帧结构以及网络拓扑结构,为ZigBee无线传感器网络节点的硬软件设计提供了理论基础。然后,深入分析了无线传感器网络节点各模块的功能特点和性能要求,结合经典无线传感器网络节点的体系结构的特点,最终采用集成了MCU+射频收发模块的SoC设计方案。选用了Chipcon／TI公司的CC2430芯片完成了ZigBee节点的硬件平台设计,因为CC2430芯片内部集成了单片机和CC2420射频模块,非常适于本文的设计方案。
　　 本文接着对Z-Stack进行了分析,在此基础上对应用层进行修改和开发,实现了协调节点和终端节点的成功组网,完成了无线传输。同时,对无线传感器网络节点进行了无线传输距离等测试。另外,通过对CC2430芯片内部的模拟传感器进行编程,完成了节点对外界环境的温度采集功能。最后,在实验室,模拟药房环境对药房温度监测系统进行了组建。由终端节点采集温度,传给协调节点,可以在协调节点的显示屏上读取温度值。协调节点通过RS232总线与上位机连接,用户在监控室也可以通过上位机观察温度变化。