【正文】 來做擴(kuò)展 時 使用。 ④ 端點(diǎn) 端點(diǎn)是協(xié)議棧應(yīng)用層的入口，是 為 實(shí)現(xiàn) 一個設(shè)備描述而定義的一組群集。 ② 群集 群集就是屬性的集合， 每 一 個群集都被 系統(tǒng)分配一個獨(dú)有的 的群集 ID 且每個群集至多可以 有 65536 個屬性。在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中，子節(jié)點(diǎn)大部分時間通常都處于休眠工作狀態(tài)，但需要周期性醒來確認(rèn)自己仍處于網(wǎng)絡(luò)中，并可在 15ms 的延時后轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸模式，提取數(shù)據(jù)。時間槽被分為網(wǎng)絡(luò)活動區(qū)和網(wǎng)絡(luò)休眠區(qū)兩個部分，消息只能在網(wǎng)絡(luò)活動區(qū)內(nèi)發(fā)送。為最大限度的節(jié)約能源消耗，信標(biāo)模式可以使所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同步工作和同步休眠；而在非信標(biāo)模式下，協(xié)調(diào)器和路由器必須長時間處于工作狀態(tài)，只允許終端設(shè)備周期性進(jìn)入休眠模式。 ③ 網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)具有靈活、減少消息延時和可靠的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點(diǎn)直接互聯(lián)，任意兩個節(jié)點(diǎn)間可相互傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)路徑通過路由器中的路由表按照算法選擇。 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 樹型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器 路由器 終端設(shè)備 圖 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ① 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)是最簡單的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個協(xié)調(diào)器和 一個或 多個終端設(shè)備組成，只存在協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備的通信， 而沒有路由節(jié)點(diǎn)的參與， 終端設(shè)備之間 的相互通訊 必須通過協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。其中，全功能設(shè)備（ FFD， Router）可以支持任何一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者使用，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行相互通信。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee 支持 3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)、樹形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。 ③ 終端設(shè)備 終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)信息的接收和發(fā)送，不需要維持特定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要進(jìn)入休眠或喚醒狀態(tài)以降低功耗。 ② 路由器 在樹形和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，需要有路由器節(jié)點(diǎn)的加入，它是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離延伸的必 要部分。 協(xié)調(diào)器也可以協(xié)助 網(wǎng)絡(luò)中安全中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 服務(wù)和應(yīng)用層的綁定服務(wù) 的建立 。 ① 協(xié)調(diào)器 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问娇梢远喾N多樣，但是每個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。 應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)實(shí)體（ APSDE ）應(yīng)用支持子層管理實(shí)體（ APSME ）應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ APSDE SAP ）應(yīng)用支持子層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ APSME SAP ）NLDE SAP NLME SAPMAC 層信息庫（ MAC PIB ） 圖 應(yīng)用支持子層結(jié)構(gòu)與接口圖 ZigBee 基本概念 ZigBee 協(xié)議棧主要包含 6個基本概念：設(shè)備類型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信標(biāo)與非信標(biāo)模式、ZigBee 術(shù)語、綁定、 ZigBee 原語。 應(yīng)用 程序框架（ AF）其本質(zhì)就是各個制造 商 所 自定義的應(yīng)用對象， 并提供 鍵值對 (KVP)服務(wù)和報文 (MSG)服務(wù)以滿足應(yīng)用對象的數(shù)據(jù)傳輸 ， 用戶自定義應(yīng)用對象必須 遵循在端點(diǎn)1240 上 運(yùn)行的 規(guī)范（ profile） 原則。 在應(yīng)用層中，應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)接入點(diǎn)（ APSDESAP）和應(yīng)用支持子層管理服務(wù)接入點(diǎn)（ APSMESAP）分別為上層的應(yīng)用實(shí)體提供數(shù)據(jù)和管理服務(wù)。 應(yīng)用支持層（ APS）具有管理綁定表、在綁定設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)的功能。 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（ NLDE ）網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（ NLME ）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ NLDE SAP ）網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ NLME SAP ）MCPS SAP MLME SAPMAC 層信息庫（ MAC PIB ） 圖 網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和接口圖 應(yīng)用層（ APL） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 ZigBee 應(yīng)用層框架由 應(yīng)用支持子層（ APS）、應(yīng)用程序框架（ AF）、 ZigBee 設(shè)備對象（ ZDO）和用戶 定義的應(yīng)用對象 4個部分組成 。網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)和接口圖如圖 。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ NPDU） 為設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸提供必要的服務(wù)， 通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ NLDESAP） 為應(yīng)用層提供 數(shù)據(jù)服務(wù)接口 。 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK） 網(wǎng)絡(luò)層 是 ZigBee 協(xié)議棧的核心部分。 MAC層的結(jié)構(gòu)接口示意圖如圖 。 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù) 是指MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ MPDU）通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)送和接收， 而 MAC 層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)（ MCPSSAP）給網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口。 媒體介質(zhì)訪問層（ MAC） MAC 層 控制無線信道訪問時 使用 CSMACA 沖突避免機(jī)制，是所有無線信 道的維護(hù)接口，提供兩個相鄰設(shè)備 之間可靠的鏈路。物理層結(jié)構(gòu)及接口示意圖如圖 所示。 PLME 主要通過調(diào)用物理層管理功能函數(shù)來提供管理和服務(wù)，其中物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)（ PDSAP） 給MAC 層提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口，而物理層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)（ PLMESAP）給 MAC 層提供管理服務(wù)接口。 物理層提供兩種服務(wù)： 物理層數(shù)據(jù)服務(wù) （ PD） 和物理層管理服務(wù) （ PLME） 。 每個服務(wù)實(shí)體 為其上層提供需要的接口都是通過其相應(yīng)的服務(wù)接入點(diǎn)（ SAP）實(shí)現(xiàn)的，每個 SAP 所對應(yīng)的功能通過服務(wù)原語來完成 ，且每個 SAP 支持許多種不同的服務(wù)原語 。 ZigBee協(xié)議棧由物理層（ PHY） 、 媒體介質(zhì)訪問層（ MAC） 、 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK）和應(yīng)用層（ APL）共 4 層構(gòu)成，其中 PHY 層和 MAC 層由 標(biāo)準(zhǔn)工作組制訂，而 NWK 層和 APL 層由 ZigBee聯(lián)盟自行制訂。 本文共分為六章： 第一章，緒論 闡述了基于 CC2530 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究的背景及意義，國內(nèi)外研究 煤礦采空區(qū)自然發(fā)現(xiàn) 火源位置的探測 的概況； 第二章 ， 簡 述 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 、 協(xié)議中各子層功能； 第三章 ， 對 CC2530 開發(fā)套件及 CC2530 芯片進(jìn)行簡介，對設(shè)計(jì)采用的軟件開發(fā)環(huán)境 IAR進(jìn)行簡 介 ， 詳細(xì) 介紹 ZStack 協(xié)議棧工作流程，對溫度采集、處理、傳輸程序進(jìn)行分析和對休眠與喚醒程序進(jìn)行分析，分析 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)； 第四章 ， 簡述該 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的測試及調(diào)試過程，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 第五章 ， 總結(jié)與展望，對整個設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)分析出自己的心得體會。電磁法自然發(fā) 現(xiàn)火點(diǎn)探測技術(shù)，必須等煤炭燃燒起來才 可以使用，適用于已經(jīng)火災(zāi)已經(jīng)形成情況下，不適用于火源點(diǎn)的預(yù)警與報警。分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)，在采空區(qū)溫度檢測中遇到的最大問題，是監(jiān)測光纖極可能被塌落的頂板砸斷，造成不可恢復(fù)故障。其中光纖拉曼散射效應(yīng)（ Raman scattering）用于實(shí)現(xiàn)溫度測量，光時域反射測量技術(shù)（ Optical Time Domain Reflectometer）用于實(shí)現(xiàn)溫度定位，是近幾年發(fā)展起來的一種用于實(shí)時測量空間溫度場分布的高科技技術(shù)，它能夠連續(xù)測量光纖沿線的溫度分布情況，測量距離可達(dá) 30 公里，空間定位精度達(dá)到米的數(shù)量級，能夠進(jìn)行不間斷的自動測量，特別適宜于需要長距離、大范圍多點(diǎn)測量的 應(yīng)用場合。但是，這方面至今還沒有產(chǎn)品推出。河南理工大學(xué)、西安科技大學(xué)、黑龍江科技學(xué)院、太原電子研究中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 設(shè)計(jì)院等相繼對采空區(qū)溫度場無線自組網(wǎng)傳感器監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究和開發(fā) 。主要有二類系統(tǒng)， 基于無線的采空區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)、基于分布 式光纖傳感器的采空區(qū)溫度監(jiān)測系統(tǒng)。電阻率法，地下煤層沿走向或其它方向電阻率基本保持不變，自燃后引起煤層和周圍巖石電阻率變化；自燃初期電阻率下降，后期表現(xiàn)較高電阻率，比較未自燃區(qū)和自燃區(qū)的變化來判斷自燃位置。包括磁性探測法和電阻率探測法。人們找到了溫度與氡氣濃度之間的關(guān)系，依據(jù)這 種關(guān)系可以從氡氣濃度的變化反過來推算出火源的溫度。國內(nèi)外，還開展了測氡法探測火源位置的研究 。束管是當(dāng)前我國煤礦火災(zāi)監(jiān)測的主要手段，它利用在采空區(qū)不同位置布置多條空氣采集管，定時抽取特定區(qū)域的氣體樣本，對該區(qū)域某點(diǎn)的 O N CO、 CH CO C2H C2H C2H2等自然火災(zāi)標(biāo)志氣體含量循環(huán)監(jiān)測，判斷煤面的氧化情況，預(yù)測預(yù)報發(fā)火點(diǎn)的溫度變化，為煤礦自然火災(zāi)的防治工作提供科學(xué)依據(jù)。 氣體探測法?，F(xiàn)有技術(shù)主要有 ： 電磁探測法、氣體探測法和溫度探測法。 國內(nèi)外研究概況 煤礦采空區(qū)自然發(fā)現(xiàn) 火源位置的探測在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的難度較大 。 CC2530 在眾多無線通訊芯片中最為突出的優(yōu)勢是低功耗，在休眠模式下， 2節(jié) 5號電池就可以維持 1 至 2 年。 基于 CC2530 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)不僅能有效滿足煤礦采空區(qū)火源點(diǎn)感知的需求，而且還因?yàn)槠渚哂械统杀?、低功耗等特點(diǎn)，受到人們的廣泛青睞。 DS18B20。 關(guān)鍵詞： ZigBee； CC2530； DS18B20；溫度監(jiān)測 Abstract This paper mainly carries on research and analysis of the monitoring temperature of coal mine monitoring system, according to the current domestic research for temperature monitoring method, design a temperature monitoring system based on CC2530. This paper first carries on the analysis and research of this topic research significance and the domestic development status, a detailed parison of the temperature monitoring method of several existing, according to the plex environment of coal mine monitoring system which needs, puts forward the design temperature monitoring system based on CC2530. Then the design of the ZigBee wireless ad hoc work technology and ZigBee development kit are introduced, and the design of the ZStack protocol stack of the work process are introduced in detail. The temperature monitoring system design based on the ZStack protocol stack, including the acquisition, processing and transmission of temperature, dormancy and awakening of terminal nodes, the coordinator node serial munication etc.. In addition, this paper also gives a simple design for the software, used to display in the upper puter temperature data. Finally, this paper verifies the temperature monitoring function of the system, and analyzed the results. Finally, the design of a temperature monitoring system based on CC2530. The wireless sensing system can realize the pointtopoint munication, sensor nodes are responsible for temperature data acquisition and sending, receiving the coordinator node is responsible for temperature data and forwarding, PC software is responsible for the display of the temperature data. Key words: ZigBee。 最終，設(shè)計(jì)出一種 基于 CC2530 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。 另外，本文還對上位機(jī)軟件進(jìn)行了 簡單 設(shè)計(jì) ， 用于溫度數(shù)據(jù)在上位機(jī)上的顯示。隨后本文對設(shè)計(jì)所采用的 ZigBee 無線自組網(wǎng)技術(shù) 和 ZigBee 開發(fā)套件 進(jìn)行了簡要介紹，并對 設(shè)計(jì)所采用的 ZStack 協(xié)議棧的工作流程作 詳細(xì)介紹。 編號： （ ）字 號 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目： 姓名