【正文】 的網(wǎng)絡(luò)抗毀性。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通信距離有限，一般在幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。l 動態(tài)拓?fù)?。為了對一個區(qū)域執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，往往有成千上萬傳感器節(jié)點空投到該區(qū)域。軍事應(yīng)用是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，由于其特有的無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點，是數(shù)字時代戰(zhàn)場無線數(shù)據(jù)通信的首選技術(shù)，是軍隊在敵對區(qū)域中獲取情報的重要技術(shù)手段。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速展開和自組織特點，是這些場合通信的最佳選擇。 論文結(jié)構(gòu)與研究內(nèi)容本文的主要內(nèi)容是設(shè)計一種基于 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度檢測系統(tǒng)。通過 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立一定范圍的無線網(wǎng)絡(luò)，將采集的溫度信息上傳到協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行實時檢測。第四章 ：地鐵站溫度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹了總體的方案設(shè)計，其中包括數(shù)據(jù)是如何采集的，和無線網(wǎng)是如何組建的。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。在ZigBee技術(shù)中，其體系結(jié)構(gòu)通常由層來量化它的各個簡化標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee技術(shù)優(yōu)點ZigBee技術(shù)有以下特點：l 省電。采用了碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。l 時延短。l 網(wǎng)絡(luò)容量大。l 安全。 ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee 協(xié)議棧是一種基于 OSI 標(biāo)準(zhǔn)的七層模型。其框圖如圖所示： ZigBee協(xié)議?？蚣軋D 物理層(PHY層) 物理層是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制與發(fā)送的，是 協(xié)議的最下層。不同的國家地區(qū)使用的頻率不用，例如美國使用的是 915MHz，歐洲使用的 868MHz， 則是全球通用的。 定義的MAC層協(xié)議，提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（MCPS）和管理服務(wù) （MLME），其邏輯模型如圖 所示。為了給應(yīng)用層提供合適的接口，網(wǎng)絡(luò)層用數(shù)據(jù)服務(wù)和管理服務(wù)這兩個服務(wù)實體來提供必需的功能。其中應(yīng)用支持子層的作用是通過ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象所用到的一系列服務(wù)來為網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層提供接口。管理服務(wù)， 即NLME 利用 NLDE 來完成一些管理任務(wù)和維護(hù)管理對象的數(shù)據(jù)庫。它不可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或路由發(fā)現(xiàn)等功能，占用的資源較少，成本較低。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee 技術(shù)支持三種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別是星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)絡(luò)比較簡單，覆蓋面積比較小， 實際應(yīng)用的也非常的少。在這種網(wǎng)絡(luò)中，一般只有一個主協(xié)調(diào)器，由它來負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)設(shè)備等等，它具有更多的資源。這種結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 ZigBee技術(shù)應(yīng)用前景隨著無線通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，大力推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微小體積內(nèi)能夠集成信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信等多種功能。 最近幾年，ZigBee 技術(shù)越來越受到的業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，在市場上越來越多的產(chǎn)品開始涌現(xiàn)。第三章 溫度傳感器終端設(shè)計 溫度傳感器終端設(shè)計的基本原則在設(shè)計過程中主要有以下幾個原則： l 高精度。l 低功耗。設(shè)計傳感器終端應(yīng)當(dāng)?shù)谋M可能小，以便其安裝，更能減低成本。 設(shè)備終端模塊 終端硬件設(shè)計 射頻收發(fā)芯片CC2430出自挪威Chipcon公司，是一款真正符合IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的片上ZigBee產(chǎn)品。通過軟件設(shè)定一組SFR寄存器的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的I／O口或作為連接ADC、計時器或USART部件的外圍設(shè)備I／O口使用。內(nèi)部T/R交換電路完成LNA和PA之間的交換。 V電壓的引腳和內(nèi)部電源供電，C241和C421電容是去耦合電容,用來電源濾波,以提高芯片工作的穩(wěn)定性。 l 內(nèi)部集成了一個直接序列擴(kuò)頻的射頻收發(fā)器(DSSS)。在接收的模式下，其損耗低于27mA；在發(fā)射模式下，其電流損耗低于25mA；在掉電模式下，；掛起方式下。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。l 負(fù)壓特性：電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20內(nèi)部寄存器DS18B20 的內(nèi)部有64 位的ROM 單元，和9 字節(jié)的暫存器單元。協(xié)調(diào)器節(jié)點由電源模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、按鍵模塊、串口模塊、LED指示燈、處理器 CC2430模塊、天線模塊7部分組成。LED指示燈由 P1_0口控制，LED用來顯示現(xiàn)在節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。處理器模塊先把采集的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)由天線發(fā)出。初始化程序主要是對單片機(jī)、射頻芯片、SPI等進(jìn)行處理；發(fā)射程序?qū)⒔⒌臄?shù)據(jù)包通過單片機(jī)SPI接口送至射頻發(fā)生模塊輸出；接收程序完成數(shù)據(jù)的接收并進(jìn)行處理。監(jiān)控人員在控制室通過顯示器就可以對地鐵站溫度進(jìn)行監(jiān)視，無須到地鐵站溫度測量現(xiàn)場。溫度數(shù)據(jù)從內(nèi)部溫度敏感元件轉(zhuǎn)換而來，℃。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器端，為保證設(shè)備能正常接收到RFD節(jié)點發(fā)射的信號，其有用信號不能太大，否則，將造成接收信息堵塞，不能正常地接收。傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點程序是前端ZigBee網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)程序，這兩部分程序相互配合，共同完成了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和對網(wǎng)絡(luò)的管理，是軟件編制的重點。它的程序一方面負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的配置和管理，包括定義通信信道、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符 (PANID)，配置網(wǎng)絡(luò)的profile，響應(yīng)節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的請求和綁定請求，為其他節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址、維護(hù)路由表等；另一方面還接收各傳感器節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行匯合整理后傳給計算機(jī)。連接于監(jiān)控主機(jī)的傳感器節(jié)點是一個特殊的節(jié)點，它采用串行接口與監(jiān)控主機(jī)通信。自動采集是靠終端的定時器來完成的，將定時器設(shè)定一個初值后，便啟動定時器，當(dāng)?shù)竭_(dá)定時值時便觸發(fā)中斷，開始測量溫度值，測量完成后通過射頻部分將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，之后終端進(jìn)入低功耗模式，定時器重裝，繼續(xù)計時，循而往復(fù)，實現(xiàn)自動采集；手動采集則是由協(xié)調(diào)器發(fā)出查詢指令給指定終端，終端識別出是給自己的指令后立即開啟傳感器，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)處理后立即上傳給協(xié)調(diào)器，實現(xiàn)手動采集。對于監(jiān)控到的異常情況，上層管理軟件使用聲光、短信、電話實時報警方式。計算機(jī)上的程序通過RS232串口讀取匯聚節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示在計算機(jī)屏幕上，并將處理結(jié)果保存在SQLServer2000數(shù)據(jù)庫中。ActiveX控件技術(shù)是國際上通用的基于Windows平臺的軟件技術(shù)，許多軟件都采用此種方式開發(fā)。在程序中使用計算機(jī)的串口1進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，波特率設(shè)置為115200。ZigBee網(wǎng)絡(luò)布置完成后，大量傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)上傳至計算機(jī)，計算機(jī)程序應(yīng)該保證這些數(shù)據(jù)的及時存儲，為以后的數(shù)據(jù)查詢和處理提供方便。然后利用ADO對其編程，把不同傳感器節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)按照其網(wǎng)絡(luò)地址實時地存儲在數(shù)據(jù)庫的各個數(shù)據(jù)表中。 由于考慮到在實驗室這種分布范圍相對較大的環(huán)境中建立網(wǎng)絡(luò)，我們將選擇 樹簇形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果某些終端要具備路由功能的話，還要為其分配一個地址塊（包含若干個 16 位短地 址）。當(dāng)需要進(jìn)行信道掃描時，上層會向 MAC 層發(fā)送請求原語，要求對指定的若干個信道進(jìn)行掃描，以便搜索某個區(qū)域內(nèi)的 ZigBee 設(shè)備。因此，ZigBee規(guī)定了解決辦法，在檢測到?jīng)_突后，首先進(jìn)行主動掃描，然后根據(jù)掃描的結(jié)果選擇新的PAN標(biāo)識符，并廣播包含新標(biāo)識符的協(xié)調(diào)器重新連接的命令，該命令中的源標(biāo)識符就是原來的 PAN 標(biāo)識符，最后主協(xié)調(diào)器會把該值更改為新的PAN標(biāo)識符，沖突解決。其它終端也就會發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，隨即申請加入網(wǎng)絡(luò)了。并向MAC層管理實體發(fā)送請求連接服務(wù)原語，MAC層收到之后便會向物理層管理實體發(fā)送請求原語，切換邏輯信道，更新CoordPANID參數(shù)值，激活發(fā)射機(jī)，向指定的協(xié)調(diào)器發(fā)送請求連接命令。如果協(xié)調(diào)器的資源足夠，則協(xié)調(diào)器就會給設(shè)備分配一個短地址，并產(chǎn)生含有新地址和連接成功狀態(tài)的連接響應(yīng)命令，并用間接的方式將連接響應(yīng)命令發(fā)送給請求連接的設(shè)備。以下是請求原語：連接請求原語： ( LogicalChannel. CoordPANID,CoordAddress, CapabilityInformation, SecurityEnable ) 其中，CoordPANID為被請求連接的 PAN 標(biāo)識符，CoordAddress為被請求連接的PAN地址，CapabilityInformation描述已連接設(shè)備的操作性能，SecurityEnable表示 是否使用安全性，使用為 true，否則為 false。 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計在要發(fā)送數(shù)據(jù)時，上層會向MAC層發(fā)送 服務(wù)原語，MAC層管理實體會根據(jù)原語中的參數(shù)構(gòu)造MAC層幀，把數(shù)據(jù)或命令幀序列號和信標(biāo)序列號分別復(fù)制到幀頭序列號子域和信標(biāo)幀頭的序列號子域中，并根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置填寫源、目標(biāo)地址域。在生成完MAC層幀后，就可以發(fā)送該幀了。 ZigBee TM 是專為低速率傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如果您正在尋求現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（例如RS42RS485）或?qū)Ｓ袩o線協(xié)議的替代方案， ZigBee 協(xié)議可能是您所需的解決方案。Microchip協(xié)議棧使用內(nèi)部閃存程序存儲器來存儲可配置的MAC地址、網(wǎng)絡(luò)表和綁定表。但是，它可很容易地移植到任何使用兼容單片機(jī)的硬件中。每個層為緊接著的上一層定義一組容易理解的函數(shù)。由每層提供的很多API 都是簡單的C 語言宏，調(diào)用下一層中的函數(shù)。在Stack上開發(fā)應(yīng)用程序可以忽略ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)，幫助使用者將更多的精力集中在實際應(yīng)用上，從而加快產(chǎn)品研發(fā)速度；使用ZigBee兼容平臺還可以保證產(chǎn)品具有良好的互操作性，即能夠與其他公司的ZigBee產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，無需擔(dān)心兼容性問題。以上就是睡眠喚醒式的工作流程，使用這種方法可以保證終端設(shè)備僅依靠電池供電也能工作很長時間。初始化程序是在函數(shù)AppColdstart中完成的。 //設(shè)置網(wǎng)絡(luò) PAN_IDJZS_vStartStack(TRUE)。傳感器節(jié)點在vInitHardware函數(shù)中設(shè)置溫濕度和光照強(qiáng)度傳感器的I/O口，啟動一個BOS定時器。在匯聚節(jié)點啟動ZigBee stack過程中，會通過NLMENETWORKFORMATION原語試圖發(fā)起一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)匯聚節(jié)點發(fā)起網(wǎng)絡(luò)成功后，就會允許其他節(jié)點的加入。軟件調(diào)試：IAR Embedded Workbench for MCS51 Evaluation 雙節(jié)點實物圖 測試結(jié)果分析在實驗的編程中，終端節(jié)點采集得到溫度數(shù)據(jù)，但由于DS18B20的最小位為2的副四次方。 對數(shù)字式溫度傳感器DS18B20做了詳細(xì)介紹，包括其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用原理、技術(shù)特點等等。但是由于時間有限，本論文的設(shè)計還存在著以下幾點不足有待改進(jìn)： 在構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)時，由于缺少溫度采集終端，并沒有實現(xiàn)樹簇狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在今后的研究中，要增加節(jié)點數(shù)，測試樹簇狀網(wǎng)絡(luò)通信的流暢性?；赯igBee無線技術(shù)的分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J].機(jī)械與電子,2010,(3):4953.[10] 陳偉歌，閻有運，[J].嵌入式技術(shù)，2008（12）：4754.[11] 李長征，楊潔明，沈大偉。指導(dǎo)老師深厚的學(xué)術(shù)造詣、高尚的品德、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、積極負(fù)責(zé)的心態(tài)、淵博的知識、對學(xué)術(shù)前沿動態(tài)的準(zhǔn)確把握，使我受益匪淺。 共37頁 第 36