本科生毕业论文（设计）题目：环境空气质量监测系统中中心节点设计学 院 电子信息工程学院 学科门类 工科 专 业 电气工程及其自动化 学 号 姓 名 指导教师 2015年04月05日摘 要随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大，ZigBee技术在近年来得到了快速的发展。由于ZigBee技术具有低功耗、成本低、低速率、近距离和网络容量大等特点，使得其得到了广泛的应用，具有十分广阔的研究前景。ZigBee协议符合OSI体系结构，ZigBee网络分为4层，从下向上分别为物理层（PHL）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL），ZigBee的最底层物理层和MAC层使用IEEE802.15.4协议。ZigBee网络包含两种功能类型设备：全功能设备中心节点和精简功能设备子节点，包含三种类型的节点，即协调器ZC、路由器ZR和终端设备ZE，支持星状网，树状网和网状网三种网络拓扑结构，分为信标和非信标两种工作模式。本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，提出了基于ZigBee协议的无线测温网络中中心节点模块的设计方案。方案中使用STC12A32S2微控制芯片和CC2530无线模块搭建了一个基于ZigBee技术的中心节点全功能模块，该模块通过DS3231进行精确的定时，并且采用无线数传模块与上位机通信。中心节点在网络中充当中心节点和协调器的作用，负责向终端节点查询温度的信息，然后反馈给计算机，达到无线测温的目的。关键词：无线传感网络； ZigBee；CC2530；温度；湿度；AbstractRecently ZigBee is developing at a high speed because the application demand on low-rate wireless personal area network is increasing. ZigBee technology has been widely applied in life as it has the following key features：low power，low cost，low data rate，short distance and large network capacity. It has very broad prospects for research. According to the Open System Interconnection（OSI）reference model，ZigBee network is divided into 4 layers, respectively, from the bottom to up is physical layer (PHL), media access control layer (MAC), network layer (NWK) and application layer (APL).The IEEE802.15.4 defines the two low layers：physical layer (PHL), media access control layer (MAC);the network layer (NWK) and application layer (APL) are defined by ZigBee Alliance. Each layer provides data to its upper or management services. ZigBee application layer is composed by the application support layer (APS), ZigBee device object (ZDO) and manufacturer-defined application objects.ZigBee network contains two kinds of function devices：full function device（FDD）and reduced function device（子节点），three kinds of nodes：ZigBee Cooridnator（ZC），ZigBee Router（ZR） and ZigBee End device（ZE），supports three kinds of network topology：Star network，Cluster tree network and mesh network；supports two kinds of working mode：beacon mode and non-beacon mode.Through the analysis of wireless sensor and its network protocol,a method is proposed for temperature measurement based on ZigBee protocol wireless network 中心节点 module design.The program is the use of STC12A32S2 microchip and CC2530 radio-chip to built a full function device based on ZigBee technology. The module producing precise timing with the DS3231 and using wireless data transmission module communicate with computer. 中心节点 act as central node and the coordinator role in the network，responsible for the temperature to the terminal node information queries, and then back to the computer so as to achieve the purpose of the wireless measuring temperature.Keywords: Wireless Sensor Network; ZigBee;CC2530;Temperature;Humidity目 录Abstract3引言5第1章 绪论61.1 课题背景61.2国内外研究现状61.3 课题研究的目的和意义7第2章 ZigBee协议及其网络结构72.1 ZigBee网络结构概述72.2 ZigBee协议72.3系统架构8第3章 系统硬件电路的实现93.1 ZigBee系统的总体结构93.2 方案实现总框图103.3 SZ05-ZBEE嵌入式无线通信模块103.4 PC机接口电路133.5 温湿度数字传感器133.6 光照传感器14第4章 系统软件的实现144.1 总流程图144.2子程序模块分析154.2.1 初始化子程序段154.2.2 外部中断子程序154.2.3 串行中断1子程序164.2.4 串行中断2子程序174.3 系统软件对功耗的影响18第5章 系统性能测试195.1 通信距离测试195.2 数据传输速率测试20第6章 结论与展望216.1 结论216.2 展望21参考文献23附录A 无线测温网络中中心节点模块的原理图24附录B 无线测温网络中中心节点模块的PCB25附录C 源程序26引言近年来，智能家居、无线通信、无线控制、无线定位、无线组网等词语的不断映入人们眼帘。由于IT产业的迅速发展、网络的普及、家居用具的智能化以及单片机具有强有力的功能，使得它逐渐来到人们身边，进入我们的日常生活。日益相关的知识报道足以预测这类新技术一定具有很强大的生命力和广阔市场前景。ZigBee从开始的设计阶段就重点考虑了功耗的问题，大多的中心节点都是由电池供电。ZigBee技术的工作周期短，收发信息功耗低，休眠模式等方法降低了传感器网络节点的功耗，减少了ZigBee网络的成本。除了省电的优点外，Zighee技术也非常可靠。同时，ZigBee技术的成本较低，ZigBee通信协议免专利费；时延短，优化了时延敏感部分的应用；网络容量较大，一个ZigBee网路最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域最多可同时存在100多个ZigBee网络；ZigBee的功能包括检查数据完整性1。本设计在ZigBee协议的基础上，提出了中心节点设计方案，完成了设计硬件电路和程序编写，最后完成了对整个网络系统的测试和数据分析。第1章 绪论无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一类特殊Ad-hoc网络，由众多无线传感器的节点组织在一起的，这些小型的节点具有无线通讯、数据采集和协同合作的能力，可以用于电源供给和布线困难或工作人员不能到达指定的区域(如受到污染大、环境不能被破坏或敌对的区域)和一些临时的场合等等2。无线传感器的网络节点可以随机的或者特定的安放在目标环境中，它们之间的通讯通过对特定的协议组织起来，就能获得周围环境的相关信息并且相互协同工作以完成特定任务。在军事国防、抢险救灾、农业、环境监控、城市管理等许多重要场合都有很大潜在的使用价值，具有十分广阔的市场前景和应用前景。开发无线传感器网络采用的协议取决网络具体应用范围。ZigBee协议是为安全系统、家庭控制、建筑自动化等方面设计的一种无线传感器网络协议。本文将分析ZigBee协议的结构并基于ZigBee协议实现一种温湿度、光照传感器网络系统。1.1 课题背景随着当今社会的迅速发展，人们对通信技术的要求正在不断提升，无线通信网络技术在其中扮演着的角色越来越重要。无线通信网络技术按照传输的范围来划分，可以分为无线城域网(WMAN)，无线广域网(WSN)，无线局域网(WLAN)和无线个人域网(WPAN)。其中的无线个人域网就是所谓的短距离通讯无线网络，不仅如此各种短距离无线通讯传输技术更是层出不穷3：蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、WiFi、无线USB，UWB等。由于ZigBee技术成本低、低功耗、时延短、容量大、可靠度高、安全传输等众多优点，所以它主要应用在短距离内的低速电子设备间的数据传输，因此非常适用在家电和小型电子的无线指令传输等。1.2国内外研究现状传感器网络系统研究方是当今通讯研究方向前沿性的热点之一，具有很大的科学研究意义和广阔的应用前景，已被公认为21世纪最具研究价值的课题之一。我国对传感器网络系统方面的研究起步较晚，近两年才受到通讯领域的关注。国家重大研究项目中包含在“十五”科技攻关项目中的传感器网络。在民用方面，交通、环境监控、生态保护、工业控制等方面，我们可以用传感器网络及时准确的进行全方面的检测和控制。1.3 课题研究的目的和意义温湿度、光照感应和监测技术在社会生产生活各个方面都有广泛应用，如环境检测、医疗保健、科研等。目前，此项设计的意义在于对无