【正文】 示信號電路模塊 ..........................................................................................22 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計方案研究 ...........................................................................................................23 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計 ..........................................................................................................23 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) ................................................................................................23 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 ................................................................................................24 ZStack 協(xié)議棧 .................................................................................................................25 ZStack 概述 ..........................................................................................................25 ZStack 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) ................................................................................................25 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件設(shè)計 .........................................................................................26 軟件編程 ........................................................................................................................28 5 總結(jié)與展望 ............................................................................................................................31 致 謝 ..........................................................................................................................................32 參考文獻 .....................................................................................................................................33 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 儀器設(shè)備管理的現(xiàn)狀及存在的問題 隨著我國科技水平的不斷進步和科研創(chuàng)新投入的不斷增加，很多高校以及科研單位，都擁有自己獨立的實驗室，實驗室內(nèi)的儀器設(shè)備也在不斷增加，貴重精密儀器的所占的比例也在升高。實驗室是進行實驗教學、科學研究和創(chuàng)新開發(fā)的重要基地，對其中儀器設(shè)備的良好管理顯得特別重要。儀器設(shè)備管理目前的現(xiàn)狀及存在的問題。 （ 1） 儀器設(shè)備分類復雜 ,數(shù)量繁多 ,信息量大 。 儀器設(shè)備新品不斷推出 ,從過去的 單一功能發(fā)展為具有多種功能于一體 ,這就給分類管理帶來難度。分類不準確不規(guī)范 ,易造成數(shù)據(jù)統(tǒng)計的不準確。儀器設(shè)備數(shù)量的成倍增長 ,使設(shè)備主管部門工作量超負荷增加 ,管理人員不僅要審核入帳憑證的完整性、準確性 ,還要將儀器設(shè)備信息及時錄入到相應(yīng)的管理軟件中 ,繁瑣的數(shù)據(jù)錄入工作造成前來辦事人員的排隊等候 ,造成工作效率低下。 （ 2） 單機管理模式 ,信息交流滯后 。 目前 ,高校儀器設(shè)備管理大多還處于一種單機管理模式 ,由于信息相對比較封閉 ,造成管理部門與使用部門之間的信息交流不通暢 ,信息交流滯后 ,使儀器設(shè)備保管人不能及時掌握所保管儀 器設(shè)備的真實信息。特別是在高校普遍存在的重采購 ,輕管理 ,各院系各自為政 ,尤其是大型貴重儀器的購置存在著重復購置 ,導致大型儀器使用率 ,閑置浪費情況嚴重 ,這種資源浪費 ,是國有資產(chǎn)的隱性流失。 （ 3） 跨校區(qū)管理 ,耗費人力、物力 。 近年來 ,高等教育事業(yè)規(guī)模不斷擴大 ,很多學校擁有的多個校區(qū)分布于不同的區(qū)域。而現(xiàn)有管理模式 ,則要求設(shè)備使用者或使用部門必須到主管部門辦理相關(guān)入庫報帳手續(xù) ,時常由于辦事人員對辦事流程的不清楚 ,需要往返設(shè)備管理的多個部門 ,有時還要兩個校區(qū)之間多次往返 ,耗費了大量的時間與精力 ,現(xiàn)有的管理很難適應(yīng)新 的發(fā)展趨勢。 因此 ， 如何加強對儀器設(shè)備的管理 ， 方便對大型儀器設(shè)備的核查以及使用情況的 監(jiān)管 ， 是很重要的問題 。 高效先進的設(shè)備管理系統(tǒng)是不可或缺的。針對這一情況，開展該課題的研究就顯得尤為重要。 儀器設(shè)備管理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 作為儀器設(shè)備管理的主管部門 ,不能把管理停留在建立和完善各種規(guī)章制度、做好日常管理工作的水平上 ,更要適應(yīng)校園信息化建設(shè)的新形勢、新環(huán)境。過去若干年，通信技術(shù)快速發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)中的一大熱點。各種網(wǎng)絡(luò)終端的出現(xiàn)、工業(yè)控制的自動化和儀器設(shè)備管理的智能化等迫切需要一種 具備低成本、低距 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 離、 低功耗和組網(wǎng)能力強等優(yōu)點的無線互連標準。 目前 GSM 和 3G 等無線通信技術(shù)以及藍牙、 WiFi、 ZigBee 等無線局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、信息和通訊資源實現(xiàn)儀器設(shè)備網(wǎng)絡(luò) 化管理 ,隨時了 解和掌握自己名下儀器設(shè)備 狀況 ,并通過 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)儀器設(shè)備申購、入帳、變更和報廢等一系列的設(shè)備管理環(huán)節(jié)。因此 ， 實現(xiàn)高校儀器設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)化實時管理是儀器設(shè)備管理發(fā)展的必然趨勢。 無線通信網(wǎng)絡(luò) 隨著各種便攜式個人通信設(shè)備與家用電器設(shè)備的增加，人們享受蜂窩移動通信系統(tǒng)帶來的便利的同時，對短距離的 無線與移動通信又提出了新的需求，使得短距離無線通信異軍突起，包括無線局域網(wǎng) (WLAN)、藍牙 (BlueTooth)技術(shù)、無線保真 (WiFi)、超寬帶 (UWB)以及 ZigBee 技術(shù)等各種熱點技術(shù)相繼出現(xiàn)，均展現(xiàn)出各自巨大的應(yīng)用潛力。其中，低速率、低功耗、低成本的 ZigBee 技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要支撐技術(shù)獲得廣泛的關(guān)注。 ZigBee 作為一種新興的短距離無線通信技術(shù)，正有力地推動著低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (Low— Rate Wireless Personal Area Network)的發(fā)展， 可以廣泛應(yīng)用于儀器設(shè)備控制、家庭自動化、醫(yī)療護理、智能農(nóng)業(yè)、消費類電子和遠程控制等領(lǐng)域，將擁有廣闊的應(yīng)用前景。預計隨著 ZigBee 技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，低速率應(yīng)用將日益廣泛，在我們的生活中扮演越來越重要的角色。 ZigBee 的提出彌補了短距離無線通信技術(shù)應(yīng)用研究的空白，現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)成為研究的新熱點，在不久的未來，基于 ZigBee 技術(shù)的產(chǎn)品將會形成一個新的浪潮，勢不可擋地席卷全球，而它的發(fā)展前景將同計算機、互聯(lián)網(wǎng)一樣融入人們生活的每一個角落，給人們的生活帶來方便和快捷。研究 ZigBee 組網(wǎng)技術(shù)，可為下一步應(yīng) 用打下良好理論基礎(chǔ)，方便進行系統(tǒng)設(shè)計。本文將結(jié)合當今的發(fā)展趨勢和 ZigBee 的技術(shù)特點，對 ZigBee 做詳細的研究和實驗開發(fā)。 綜上所述， 基于 ZigBee 的儀器設(shè)備管理系統(tǒng)研究，能夠有效解決儀器設(shè)備的長期閑置、丟失數(shù)據(jù)、查找困難等諸多問題，且成本低，功耗低，使用方便，對于實驗室的儀器管理，具有較高的推廣意義。本文將結(jié)合當今的發(fā)展趨勢和 ZigBee 的技術(shù)特點，對 ZigBee 做詳細的研究和實驗開發(fā)。 本論文的主要內(nèi)容 本文通過討論 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，并根據(jù)實驗室儀器設(shè)備分布的特點，研究 了如何將 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實驗室儀器設(shè)備的管理。 本論文的主要內(nèi)容包括： 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第一章：緒論。介紹了儀器設(shè)備管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀、問題以及發(fā)展趨勢，無線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容以及本文的研究意義。 第二章： ZigBee 技術(shù)以及系統(tǒng)整體設(shè)計。詳細介紹了 ZigBee 技術(shù)及其優(yōu)勢，討論了基于 ZigBee 技術(shù)的儀器設(shè)備管理系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。 第三章 ：系統(tǒng)的硬件設(shè)計。討論了 ZigBee 無線模塊、傳感器電路、 USB 口電路和電源模塊等的設(shè)計 第四章：軟件系統(tǒng)的設(shè)計方案。介紹了協(xié)調(diào)器和路由器以及終端節(jié)點軟件流程的設(shè)計。 論文最后是總結(jié)與展望。 對本課題所取得的成果進行小結(jié)，并歸納工作中存在的不足，提出下一步需要做的工作。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 ZigBee 技術(shù)及系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)簡介 ZigBee 是部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種介于無線標記技術(shù)和 BlueTooth之間的技術(shù)提案。 ZigBee 一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳 ZigZag 形舞蹈來告知同伴，達到交換信息的目的。 ZigBee 被開發(fā)用來滿足大多數(shù)無線傳感和控制應(yīng)用的獨特需求。 ZigBee 技術(shù)是低成 本，低功耗，低數(shù)據(jù)速率，高可靠性，高度安全的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ， 實現(xiàn)自動化和遠程控制應(yīng)用的目標。它描述了兩個關(guān)鍵的性能特點 — — 無線射頻范圍和無線頻譜的數(shù)據(jù)傳輸速率。相較于其他如藍牙， WiFi 技術(shù)，超寬帶等無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議， Zigbee 雖然傳輸速率慢但傳輸容量大的特點向我們展示了他出色的傳輸能力 。 它依據(jù) IEEE 標準 ,在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量 ,以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。 ZigBee 技術(shù)具有自組網(wǎng)功 能， ZigBee 是 IEEE 協(xié)議的代稱。 ZigBee 是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 ZigBee 協(xié)議從下到上分別為 物理層 (PHY)、媒體訪問控制層 (MAC)、傳輸層 (TL)、 網(wǎng)絡(luò)層 (NWK)、 應(yīng)用層 (APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循 IEEE 標準的規(guī)定。 應(yīng)用于監(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)時，其具有非常顯著的低成本、低耗電、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多等優(yōu)勢，目前被視為替代有線監(jiān)視和控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最有前景的技術(shù)之一。 ZIGBEE 協(xié)議中有三種設(shè)備類型： ZigBee 協(xié)調(diào)者 (ZC)：這個設(shè)備被配置為初始化并建立一個 PAN 網(wǎng)絡(luò)（注意 PANID 的分配） 。 ZigBee 路由器 (ZR)：該設(shè)備 被配置為加入一個存在的網(wǎng)絡(luò)，可以加入一個協(xié)調(diào)求或路由器，然后允許其他設(shè)備加入它，在網(wǎng)絡(luò)中路有數(shù)據(jù)信息。 ZigBee 終端節(jié)點 (ZED)：該設(shè)備被配置為加入一個存在的網(wǎng)絡(luò)，可以加入一個協(xié)調(diào)器或路由器。 一般只要符合以下條件之一就可以使用 ZigBee 作為無線通信技術(shù)： （１）監(jiān)控的網(wǎng)點或數(shù)據(jù)采集點比較多； （２）傳輸數(shù)據(jù)量比較小，但裝置價格低； （３）裝置體積微小，不允許放置較大的充電模塊； （４）普通干電池供電； （５）移動通信覆蓋盲點； 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （６）數(shù)據(jù)傳輸安全性和魯棒性高； （７） GPS 效果不佳，或成本 較低的小范圍內(nèi)移動目標的定位。 因此在家庭自動控制、工業(yè)以及遠程控制領(lǐng)域， ZigBee 具有廣泛的應(yīng)用價值，這樣小型廉價設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制要求就得到了滿足。 ZigBee 技術(shù)標準包括兩個物理層：一個是全球通用的通信信道為 16 個的 頻段，其傳輸速率為 250Kbps 另一個是美國的 915MHz 和歐洲的 868MHz 頻段，信道分別為 10 個和 1 個，傳輸速率分別為 40Kbps 和 20Kbps。 ZigBee 所使用的頻段都是免許可的 ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)療）頻段。 ZigBee 主要的技術(shù)特點 ZigBee 的特點包含以下幾個方面： （１）低功耗：在正常運行模式下，由于 ZigBee 技