【正文】 基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目： 基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計 91 目 錄摘 要： IVABSTRACT V第一章 緒論 1 課題背景概述 1 WSN簡介 2 WSN體系結(jié)構(gòu) 2 WSN的協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 4 WSN特點及其關(guān)鍵問題 6 幾種常用的無線通信技術(shù) 7 藍(lán)牙技術(shù) 7 紅外技術(shù) 7 ZigBee技術(shù) 8 WiFi技術(shù) 8 RFID技術(shù) 8 HomeRF技術(shù) 9 UWB技術(shù) 9 幾種無線通信技術(shù)對比 9 本文結(jié)構(gòu)組織 10 本章小結(jié) 11第二章 ZigBee/ 12 ZigBee/ 12 ZigBee技術(shù)特點 12 ZigBee技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) 13 ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)配置 15 兩種功能設(shè)備 15 三種節(jié)點類型 15 三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 16 兩種工作模式 17 ZigBee組網(wǎng) 17 基本通信原語 17 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng) 18 網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù) 18 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù) 20 ZigBee 路由 21 21 路由過程 22 23第三章 基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)計 24 ZigBee的幾種實現(xiàn)方案 25 CC2430芯片介紹 26 CC2430芯片概述 26 CC2430引腳功能介紹 29 CC2430的增強(qiáng)型8051內(nèi)核 31 CC2430的射頻部分 32 CC2430的其它外圍設(shè)備 34 直接存取（DMA）控制器 34 MAC定時器 35 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 35 溫度傳感器 36 節(jié)點的控制和顯示電路 36 控制電路 37 狀態(tài)顯示電路 38 節(jié)點的接口電路 39 USART接口（串行通信接口） 40 JTAG接口 40 節(jié)點實圖 41 本章小結(jié) 41第四章 基于ZigBee2006協(xié)議棧的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計 43 ZStack 43 ZStack軟件架構(gòu) 43 系統(tǒng)初始化 44 操作系統(tǒng)的執(zhí)行 44 ZStack項目中的文件目錄 49 ZStack開發(fā)軟件 51 IAR EW8051集成開發(fā)環(huán)境 51 ZigBee2006協(xié)議棧 52 SmartRF Flash Programmer軟件 54 ZigBee協(xié)議分析儀軟件Packet Sniffer 55 ZStack開發(fā)的一些基本概念 55 實驗測試 60 開關(guān)燈控制實驗 60 功能描述 60 實驗程序 61 實驗操作及其結(jié)果 65 溫度傳輸實驗 66 功能描述 66 實驗程序 67 實驗操作及其結(jié)果 73 本章小結(jié) 76第五章 總結(jié)與展望 77 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)想 77 總結(jié)與展望 78 本文總結(jié) 78 展望 78參考文獻(xiàn) 79附錄 80致謝 89基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計作者：閆彥含 指導(dǎo)老師：何自立摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是涉及多學(xué)科、知識高度集中、在當(dāng)今國際上備受關(guān)注的前沿?zé)狳c和研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器、微處理器和無線通信三項重大技術(shù)，具有信息采集、處理、無線傳輸能力，是新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向。而低功耗、低成本、應(yīng)用簡單方便的ZigBee技術(shù)的誕生為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和開拓起到了巨大的推動和促進(jìn)作用。本文主要從ZigBee技術(shù)著手，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)研究和設(shè)計。首先，本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的背景、發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用前景進(jìn)行了簡單介紹，然后從體系結(jié)構(gòu)、節(jié)點結(jié)構(gòu)、協(xié)議棧、特點和關(guān)鍵問題等方面對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳細(xì)描述。接著本文又詳細(xì)剖析了ZigBee/。其次，本文對基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件部分進(jìn)行了設(shè)計，其中包括主芯片CC24外圍設(shè)備、射頻模塊、控制電路、顯示電路和接口電路等。再次，本文對基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計，并通過實驗展示了本文所設(shè)計的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性和可靠性。最后，本文進(jìn)行總結(jié)和展望，并提出了幾種基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。 關(guān) 鍵 詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ZigBee；CC2430；ZStackTHE RESEARCH AND DESIGN OF WIRELESS SENSORNETWORKS BASED ON ZIGBEEABSTRACT: Wireless Sensor Network (WSN) is a multidisciplinary, knowledgehighly concentrated frontier hotspot and research field,which is focused by the world in morden has the ability of information collection, processing and transmission as it bines sensor technology, microprocessor technology and wireless munication technology ,and it is the main direction of development of the next generation sensor birth of ZigBee which is lowpower, lowcost, simplely and conveniently applied plays a significant role in promoting the development and exploiting of Wireless Sensor Networ. This article, mainly beginning with ZigBee technology, has studied,researched and designed WSN. First, the paper introdued the background, the development condition and the application prospect and then described WSN in detail from architecture, node structure, protocol stack, features and key problems and so paper also analysed ZigBee/. Second,the paper carried on hardware design of WSN based on ZigBee, including the main chip of CC2430, peripheral equipment, RF module, controlling circuit, displaying circuit and interface circuit and so on. Futher more, the paper carried on software design of WSN based on ZigBee, and demonstrated the feasibility and reliability of the system though experiments. Finally, the paper summarized , previewed and proposed several applications of WSN based on ZigBee.Keywords: WSN, ZigBee, CC2430, ZStack文章縮略語AESAdvanced Encryption Standard高級加密標(biāo)準(zhǔn)APIApplication Program Interface應(yīng)用編程接口BPSKBinary Phase Shift Keying二相相移鍵控CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance帶有沖突避免的載波偵聽多路訪DMADirect Memory Access直接存儲器訪問DSSSDirect Sequence Spread Spectrum直接序列擴(kuò)頻FFDFull Functional Device全功能設(shè)備FIFOFirst Input First Output先入先出隊列GUIGraphical User Interface圖形用戶界面IRDAInfrared Data Association紅外數(shù)據(jù)組織ISMIndustrial Scientific Medical工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段JTAG國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議LNALowNoise Amplifier低噪聲放大器LQILink Quality Indication鏈路質(zhì)量指標(biāo)MCUMicro Control Unit微控制單元OQSPKOffset Quadrature Phase Shift Keying偏移四相相移鍵控PAPower Amplifier功率放大器PDAPersonal Digital Assistant個人數(shù)字處理PANPersonal Area Network個人局域網(wǎng)QoSQuality of Service服務(wù)質(zhì)量RFDReduced Function Device精簡功能設(shè)備RFIDRadio Frequency Identification射頻識別RSSIReceived Signal Strength Indication接收信號強(qiáng)度指示SAPService Access Point服務(wù)訪問點SFRSpecial Function Register特殊功能寄存器SoCSystem on Chip片上系統(tǒng)SPISerial Peripheral Interface串行外圍設(shè)備接口TCPTransmission Control Protocol傳輸控制協(xié)議USARTUniversalSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter通用同步/異步串行接收/發(fā)送器WiFiWirelessFidelityWSNWireless Sensor Networks無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WLANWireless Local Area Networks無線局域網(wǎng)WUSNWireless Underground Sensor Networks無線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)第一章 緒論 課題背景概述當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，各項新思想、新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，各種不同學(xué)科、不同領(lǐng)域的知識和技術(shù)也在不停地交織相融，于是產(chǎn)生了多個極具研究價值并有著深遠(yuǎn)意義的科研課題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks,簡稱WSN）是當(dāng)前國際上備受關(guān)注、涉及多個學(xué)科、知識高度集中的前沿?zé)狳c和研究領(lǐng)域。它綜合了傳感器、微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信和分布式信息處理等技術(shù)，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)同完成對各種環(huán)境信息的實時監(jiān)測、感知、采集和處理，并以自組織多跳的無線通信方式將數(shù)據(jù)信息傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)了科學(xué)世界與人類生活的完美貫通。傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今，共經(jīng)歷了四代發(fā)展時期。第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世界70年代，采用點對點傳輸連接傳感控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有獲得多種信息、信號的綜合能力，采用串/并接口（如RS23RS485）與傳感控制器相連，構(gòu)成有多種綜合信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期和21世紀(jì)初，采用現(xiàn)場總線連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)；第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)即是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，正在研究開發(fā)。 2003年，美國《技術(shù)評論》 雜志將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為新興十大高新技術(shù)之首；同年，《商業(yè)周刊》在預(yù)測未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也位列其中。2004年，《IEEE Spectrum》雜志發(fā)表一期專集《傳感器的國度》，論述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能地廣泛應(yīng)用。同時，國內(nèi)外許多大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都很看好，紛紛從不同層次和角度對WSN展開了探索和研究?？梢灶A(yù)見，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將成為21世紀(jì)一項極為重要的技術(shù)，它的發(fā)展和推廣也必將給人類社會帶來重大影響和變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、軍事、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值，在未來許多新興領(lǐng)域也有著不可想象的優(yōu)越性，例如家用、保健、城市交通等。在將來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至能夠滲入到我們生活的角角落落，我們可以將手機(jī)、筆記本電腦、PDA(Personal Digital Assistant,個人數(shù)碼處理)等便攜裝置隨時組成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個WLAN（Wireless Local Area Network,無線局域網(wǎng)），充分享受“信息隨身化、便利走天下”的理想境界。將WSN用于城市路燈控制，通過布設(shè)在道路兩側(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，來控制路燈的亮度、開關(guān)等。將WSN應(yīng)用到空調(diào)系統(tǒng)，來控制空調(diào)的功率和開關(guān)，從而能達(dá)到節(jié)能省電的目的。將WSN應(yīng)用到地震、泥石流或滑