基于Zigbee的主、从节点双向夫线通信技术研究

摘要

无线传感网络,被誉为“21世纪最可能改变世界的十大技术之一”,是计算、通信与传感器三大信息产业支柱相结合的产物,其发展已越来越受各科技大国的关注,并纷纷在国家层面制订了相关政策和战略。
　　 本文对无线传感网络及其特点、应用领域进行归纳总结,分析比较了目前存在的各种短距离无线通信技术的优缺点,在此基础上重点介绍了一种低速率、低复杂度、低功耗的传输协议--Zigbee协议。
　　 在基于Zigbee技术协议的无线通信中,根据设备在网络中的功能和角色,通常将设备分为协调器、路由器和终端设备三类,并由此自组织形成星型、树型或网格型网络。协议栈从下往上依次为物理子层、介质接入控制子层、网络子层和应用子层。每层包括管理与数据两个服务实体,通过服务接入点为各自上层实体提供特定的服务接口。
　　 本文基于Zigbee协议,实现了主、从节点间无线信号的双向传输,采用模块化设计思路,设计了包括电源、主节点无线通信、主节点显示、主节点声光报警、从节点数据采集、从节点显示和从节点输入控制等模块,经由Protel DXP绘制并制作了印刷电路板。
　　 在完成系统硬件设计后,通过KeilC与IAR编译环境,使用C语言完成了主节点无线信号接收与发送、主节点信息显示与报警、从节点数据采集、从节点显示、从节点阈值输入等模块控制软件的编写和调试。
　　 系统经组装后,在相同条件下,对从节点报警、主节点主动查询从节点信息、从节点信号采集等过程进行多次实验,测试结果表示系统完全可以实现主、从节点间信息的无线双向传输。
　　 Zigbee技术因其自身的优势和特点,为无线传感网络的发展和应用提供了一条新思路,在医疗卫生、环境监测、智能家居、工业控制等领域具有广泛的实用价值。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究意义及应用前景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 红外数据传输

1.2.2 蓝牙技术

1.2.3 无线局域网

1.2.4 超宽频技术

1.2.5 近距离无线传输技术

1.2.6 Zigbee技术主要特点及应用领域

1.2.7 几种无线短距离通信技术特点比较

1.3 本文研究内容

第二章 Zigbee通信协议

2.1 Zigbee设备和Zigbee网络

2.1.1 zigbee设备

2.1.2 Zigbee网络

2.2 Zigbee协议架构

2.2.1 物理层

2.2.2 介质接入控制层

2.2.3 网络层

2.2.4 应用层

2.3 本章小结

第三章 系统硬件设计及实现

3.1 系统整体设计及实现

3.2 电源设计及实现

3.3 主节点硬件电路设计

3.3.1 基于CC2530的无线模块

3.3.2 主节点显示电路

3.3.3 主节点报警电路

3.3.4 与PC机串行通信

3.4 从节点硬件电路设计

3.4.1 从节点模数转换电路

3.4.2 从节点显示电路

3.4.3 从节点4*4键盘

3.5 PCB设计

3.5.1 主节点PCB设计

3.5.2 从节点PCB设计

3.6 系统焊接与组装

3.7 本章小结

第四章 系统软件设计及实现

4.1 软件开发环境

4.1.1 KeilC编译环境

4.1.2 IAR编译环境

4.2 主节点系统程序设计

4.2.1 主节点无线信号发送

4.2.2 主节点无线信号接收

4.2.3 主节点信息显示

4.2.4 与PC机串行通信

4.3 从节点系统程序设计

4.3.1 从节点数据采集

4.3.2 从节点信息显示

4.3.3 从节点阈值输入

4.4 本章小结

第五章 系统测试及结果分析

5.1 电源输出特性测试

5.1.1 方案及数据

5.1.2 结果分析

5.2 从节点报警

5.2.1 方案及数据

5.2.2 结果分析

5.3 主节点查询

5.3.1 方案及数据

5.3.2 结果分析

5.4 与PC机串行通信

5.4.1 方案及数据

5.4.2 结果分析

5.5 从节点信号采集

5.5.1 方案及数据

5.5.2 结果分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文