【正文】 層協(xié)議的主流標準 進行分析，并在此基礎上，結合 TI公司的 CC2520 芯片和 MSP430系列低功耗芯片，來實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的低功耗。黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 ZigBee 設備對象（ ZDO）負責定義設備在網(wǎng)絡中的角色（如 ZigBee 協(xié)調器中斷設備）， 提出或響應綁定請求，以及建立網(wǎng)絡設備間的安全關系。應用支持子層（ APS）子層負責維護綁定表，以及傳輸在綁定的設備間傳輸數(shù)據(jù)。 ZigBee 協(xié)調器的 NWK層還必須負責啟動一個新的網(wǎng)絡，給新的關聯(lián)設備分配地址等工作。 網(wǎng)絡層和的主要職責包括提供設備用來加入網(wǎng)絡和離開網(wǎng)絡的機制，提供數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)陌踩珯C制和路由機制 。 MAC 層采用 CSMACA 機制來控制信道接入，主要負責傳輸信標幀，同步以及提供可依賴的傳輸機制。其中低頻段物理層覆蓋了868MHz 的歐洲頻段和 915MHz 的美國與澳大利亞等國的頻段。其中應用層包括應用支持子層（ Application Support SubLayer， APS），應用架構（ Application Framework， AF）， ZigBee設備對象（ ZigBee Device Objects， ZDO）以及用戶定義應用對象。其中， 標準定義了底層：物理層（ Physical Layer， PHY）和媒體訪問控制層（ Medium Access Control SubLayer，MAC）層。所有的服務實體都通過服務接入點（ SAP）為上層提供一個接口，每個 SAP 都支持一定數(shù)量的服務原語來實現(xiàn)所需的功能。 。設備是整個網(wǎng)絡的葉結點，它只能與它的父節(jié)點通信，也沒有加入其他任何節(jié)點的能力。這個空間內，他有能力允許其他節(jié)點加入網(wǎng)絡，并分配短地址，當然協(xié)調器還具備路由和數(shù)據(jù)轉發(fā)的功能。它是網(wǎng)絡建立的起點，負責 PAN 網(wǎng)絡的初始化，確定 PAN 的 ID 號和 PAN 操作的物理信道并統(tǒng)籌短地址分配。這三種角色在、 ZigBee 路由器和設備。 ZigBee 聯(lián)盟的長期目標是能夠建立基于互操作平臺和配置文件的可伸縮、低成本嵌入式基礎架構。 ZigBee 聯(lián)盟已于 2021 年 6 月 27 日公布了第一份 ZigBee 規(guī)范 “ ZigBee Specification ” 。該聯(lián)盟致力于近距離、低復雜度、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡技術。 WPAN 網(wǎng)絡為近距離范圍內的設備建立無線連接，把幾米到幾十米范圍內的多個設備通過無線方式連接在一起，使他們可以相互通信甚至接入 LAN 或者 Inter。 基于 ，必將成為今后無線網(wǎng)絡發(fā)展的一大方向。 MAC 層可以使用一種消減功能設備（ Reduced Functional Device），由于其結構簡單，不需要大量的 Flash、 ROM 和 RAM 等存儲設備，從而保證了較長的電池壽命。另外所有設備必須使用一個 64 位的 IEEE 地址；可以使用 16 位短地址來減少數(shù)據(jù)包大?。粚ぶ纺Ｊ娇梢詾榫W(wǎng)絡加設備標識符的星型結構，或者源和目標標識符的點到點結構（包括了簇樹和 Mesh 網(wǎng)絡）兩種。為了達到極低的設計成本和極低的功率消耗，協(xié)議定義了兩種相互配合使用的物理設備，全功能設備和消減功能設備： （ 1） 全功能設備（ Full Function Device, FFD），可以支持任何一種拓撲結構，可以作為網(wǎng)絡協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設備進行通信； （ 2） 消減功能設備（ Reduced Function Device, RFD），只支持星型結構，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡協(xié)商者進行通信，實現(xiàn)簡單。 基于 ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡簡介 [2]標準的 PHY 和 MAC 層再加上 ZigBee 的網(wǎng)絡和應用支持層所組成的。在這些節(jié)點中，有少數(shù)幾個節(jié)點 被稱為基站（ Base Station）或者 Sink 節(jié)點， Sink 節(jié)點起網(wǎng)關的作用，它將傳感器節(jié)點發(fā)送來的采集數(shù)據(jù)發(fā)送給觀測者，發(fā)送的方式可以采用 Inter、衛(wèi)星通信等；同時將觀測者的控制命令發(fā)送給各個傳感器節(jié)點。 無線傳感器節(jié)點是任意分布在被檢測區(qū)域的，一般環(huán)境中采用人工埋置方法，這樣可以保證節(jié)點的大體均勻分布；在危險區(qū)域或者不方便人工埋置的情況下，可以采用飛機投放，炮彈彈射等方法。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡傳送的數(shù)據(jù)是和節(jié)點的物理地址聯(lián)系起來的，以數(shù)據(jù)為中心的特點要求無線傳感器網(wǎng)絡能夠脫離傳統(tǒng)網(wǎng)絡的尋址過程，快速有效的組織起各個節(jié)點的信息并融合提取出有用信息直接傳送給用戶。在無線傳感器網(wǎng)絡中人們只 關心某個區(qū)域的某個觀測指標的值，而且是不會去關心具體某個節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)，比如說人們可能希望知道 “ 檢測區(qū)域的東北角上的溫度是多少 ” ，而不會關心 “ 節(jié)點 8 所探測到的溫度值是多少 ” 。此外，如果節(jié)點具備移動能力，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 也有可能帶來網(wǎng)絡的拓撲變化。 （ 4） 無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構變化很快。由于傳感器節(jié)點微型化，節(jié)點的電池能量有限，而且由于物理限制難以給節(jié)點更換電池，所以傳感器節(jié)點的電池能量限制是整個無線傳感器網(wǎng)絡設計最關鍵的約束之一，它直接決定了網(wǎng)絡的工作壽命。由于無線傳感器網(wǎng)絡可能工作在惡劣的外界環(huán)境之中，網(wǎng)絡中的節(jié)點可能會由于各種 不可預料的原因而失效，為了保證網(wǎng)絡的正常工作，要求無線傳感器網(wǎng)絡必須設計成具有一定的容錯能力，允許傳感器節(jié)點具有一定的故障率。這會帶來一系列問題，如信號沖突、信息的有效傳送路徑的選擇、大量節(jié)點之間如何協(xié)同工作等。由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的微型化，每個節(jié)點的通信和傳感半徑很有限，一般為十幾米范圍之內，而且為了節(jié)能，傳感器節(jié)點大部分時間處于睡眠狀態(tài)，所以往往通過鋪設大量的傳感器節(jié)點來保證網(wǎng)絡質量。 無線傳感器及其網(wǎng)絡的關鍵技術 無線傳感器網(wǎng)絡的特點 無線傳感器網(wǎng)絡與傳統(tǒng) ad hoc 網(wǎng)絡相比有一些獨有的特點，正是由于這些特點使得無線傳感器網(wǎng)絡存在很多新問題，提出了很多新的挑戰(zhàn)。 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的組成和功能包括如下四個基本單元：傳感單元（ 由傳感器和模數(shù)轉換功能模塊組成）、處理單元（由嵌入式系統(tǒng)構成，包括 CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等）、通信單元（由無線通信模塊組成）、以及電源部分。當然，傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展也是符合計算設備的演化規(guī)律。 在現(xiàn)代意義上 的無線傳感 器網(wǎng)絡技術 及其應用方面，我國與發(fā)達國家?guī)缀跬絾?，它已?jīng)成為我國信息領域位居世界前列的少數(shù)方向之一。除了應用于情報部門反恐活動以外，在其它領域更是獲得了很好的應用，所以 2021 年美國國家重點實驗室－－橡樹嶺實驗室提出了 “網(wǎng)絡就是傳感器 ”的論斷。 而 21 世紀開始至今，自 911 事件發(fā)生之后。這種現(xiàn)代微型化的傳感器具備感知能力、計 算能力和通信能力。只要對方車隊經(jīng)過，傳感器探測出目標產生的震動和聲響信息，自動發(fā)送到指揮中心，美機立即展開追殺，總共炸毀或炸壞 萬輛卡車。后來，美軍投放 了 2萬多個 “熱帶樹 ”傳感器。 無線傳感器及其網(wǎng)絡的發(fā)展及關鍵技術 無線傳感器及其網(wǎng)絡的發(fā)展 無線傳感器的應用最早可以追溯二十世紀 70 年代越戰(zhàn)時期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。但是傳感器節(jié)點通常采用電池供電且數(shù)目非常龐大，并大多工作在無人區(qū)域或者對人體有傷害的惡劣環(huán)境中，不能給電池充電或更換電池，因此一旦無線傳感器黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 網(wǎng)絡節(jié)點的能量耗盡，并且 更換電池無望的話，那么該節(jié)點就將退出網(wǎng)絡，這樣就直接影響整個傳感器網(wǎng)絡的實用性和生命周期。 在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點具有端節(jié)點和路由的功能，其一方面是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，另一方面是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合和路由，即對本身采集到的數(shù)據(jù)和接收的其他節(jié)點的數(shù)據(jù)進行綜合，并轉發(fā)到網(wǎng)關節(jié)點。而且當今社會的發(fā)展對于無線傳感器的低功耗的要求也是越來越迫切，不單單是為了節(jié)省能源，更是為了讓無線網(wǎng)絡能夠為人類更好的服務，而且一些運用無線傳感器網(wǎng)絡的地方，即使是安裝無線傳感器也是十分危險的，更不用說要頻繁的更換電池。無線傳感 器網(wǎng)絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸 被網(wǎng)絡覆蓋 的 地理區(qū)域內感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶。不過物聯(lián)網(wǎng)只是剛剛興起的概念，雖然不是不可能完成 的 ，但是對于現(xiàn)在的技術而言，具有一定難度。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。而近幾年不甘于停滯的創(chuàng)新者們又提出了一個全新的概念 ——物聯(lián)網(wǎng)。CC2520。 low power。 關鍵詞 ： 無線傳感器；網(wǎng)絡節(jié)點；低功耗； MSP430； CC2520； Zigbee黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Wireless sensor work technology was born thanks to the sensor technology, wireless munication technology and the rapid development of semiconductor technology. It is a selfanizing work, the distribution in the region to monitor a large number of micro sensor nodes, whose effect is that the work coverage area by sensing the object information through a wireless munication way together to the processing center. Wireless sensor works are very broad application prospects, It can be widely used in military, aerospace, antiterrorism, explosionproof, disaster relief,industrial , manufacturing, medical, health, home furnishing,environment , logistics and other fields. We can imagine the wireless sensor work is perceived and gathering information revolution of twentyfirst Century, is one of the most important technologies. Design and application of the MSP430 series low power chip and a CC2520 radio signal transceiver chip of the two chip, through its peripheral circuit design, and use the Zigbee to prepare a munication protocol of wireless sensor work, low power node to the special circumstances of the temperature collection, as well as the signal in the nodes between the transceivers. Key words: Wireless sensor work。 本設計應用 MSP430 系列低功耗處理芯片和 CC2520 射頻信號收發(fā)芯片這兩種芯片，通過其外圍電路的設計，并使用 Zigbee 來編寫通訊協(xié)議，實現(xiàn)無線傳 感器網(wǎng)絡節(jié)點的低功耗。無線傳感器網(wǎng)絡的應用前景非常廣闊，它能夠廣泛應用于軍事、航空、反恐、防爆、救災、環(huán)境、制造、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、物流等領域。 Harbin黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 無線傳感器網(wǎng)絡技術的誕生要歸功于傳感器技術、無線通信技術以及 半導體技術的高速發(fā)展。 本科學生畢業(yè)設計 低功耗無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計 院系 名稱 ： 專業(yè)班級 ： 學生姓名 ： 指導教師 ： 職 稱 ： 黑 龍 江 工 程 學 院 二 ○一二 年六月 The Graduation Design for Bachelor39。s Degree The