基于ZigBee无线网络的实验室安全监控系统

摘要

无线传感器网络（WNS）技术已经广泛的进入了民众的视野，在各种领域都开始应用。顾名思义，无线传感器网络即是采用无线技术，通过传感器的布置组成网络，将采集到的多点数据信息通过无线的方式输送给终端处理器。它的出现明显降低了传统网络所用线路的使用量和人工费用，具备节能、实时性、低成本、抗干扰能力强及各节点间相互协作等特点。
　　无线通信技术更新很快，相应的技术也很多，ZigBee技术就是其中之一。它和其他的技术相比拥有很多优点，比如相对于其他技术它消耗很少能量，并且结构简单，更重要的是具有投入费用少的优势。ZigBee技术的应用正好和其他无线技术相互取长补短，并且其能够很好的融合到其它设备，更加适合于应用在自动化领域以及远程控制领域。
　　实验室的仪器设备昂贵，对环境条件的要求较高，如何有效地监控实验室的安全运行是个重要的任务，因此设计出一套实验室安全监控系统，能够实时监控实验室内的温度、湿度、有害气体、防盗、设备供电等情况，是个很值得研究的项目。考虑到实验室的具体情况，本系统采用无线传感器和ZigBee相结合的方案，脱离了有线的约束，克服了诸如线路多、布线复杂、维护困难等不足。
　　本文以系统实现过程为主线，从以下几个方面介绍工作：（1）着重将这种技术与同类型技术进行比较，进而确定ZigBee在信息传输的优越性；（2）剖析了该网络的结构，对ZigBee协议栈进行深入的讲解；(3)分析了实验室安全监控的需求，确定了本系统实时监控实验室温度、湿度、有害气体、防盗、供电电流等情况，并能及时对异常情况做出报警与处理功能；（4）设计了无线节点的硬件电路；(5)在协议栈基础上用C编写了节点程序及上位机软件，通过硬件和软件的调试，实现了各节点间的数据传输和上位机监控功能。

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引言

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 系统方案选择

1.3 课题的主要研究内容

2 系统总体设计

2.1 ZigBee无线网络节点的类型

2.2 ZigBee无线网络拓扑结构的形式

2.3 系统网络拓扑结构的选择

2.4 系统总体架构设计

2.5 芯片的选择

2.6协议栈的介绍

3 系统硬件电路设计

3.1 系统总体硬件电路的设计

3.2 ZigBee无线节点核心板硬件电路的设计

3.3 ZigBee无线节点扩展板的电路设计

4 系统软件的设计

4.1 软件开发环境简介

4.2 Z-Stack协议栈运行原理简介

4.3 系统软件的编写

5 总结与展望

参考文献

附录A 无线监控模块电路原理图

附录B 无线监控模块外观图

致谢