【正文】 圖 無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，有非常多的關(guān)鍵技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)和研究。能量控制模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需要的能量，通常采用微型電池。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲和處理本地采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù) 。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的基本組成包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四個基本單元 [14 ]，如圖 所示。 匯聚節(jié)點(diǎn)的處理能力、存儲能力和通信能力相對比較強(qiáng)，它連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與Inter 等外部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，同時發(fā)布管理 節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測任務(wù)，并把收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò) 。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個傳感器節(jié)點(diǎn)兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的終端和路由器雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理和融合等處理，同時與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特定任務(wù)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務(wù)以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測區(qū)域(SensorField)內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。如何使用大量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式信息處理是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)之一。 (6)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作性。在無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中，能源消耗最大的過程是通信過程，受到濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 能源有效性的限制，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的路由應(yīng)該符合既保證數(shù)據(jù)傳輸又減少通信量的要求。傳感器節(jié)點(diǎn)依靠電池提供工作所需能量，對于某些人力不可到達(dá)的惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，更換電源是不可行的，因此必須最大可能的節(jié)省電源開銷。在使用過程中，由于環(huán)境的變化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時間動態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備維護(hù)動態(tài)路由的功能。 (3)自組織 網(wǎng)絡(luò)。在無人值守的情況下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有主動感知外界的環(huán)境狀況，對外界環(huán)境變化做出實(shí)時反映，根據(jù)物理環(huán)境的改變決定自身系統(tǒng)狀態(tài)能力。 (2)與物理世界交互。在各種 傳感技術(shù)、計(jì)算處理技術(shù)及通 信技術(shù)的結(jié)合下，無線傳感網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用于 各種領(lǐng)域。我國能夠及時開展這項(xiàng)對人類未來生活影響深遠(yuǎn)的前沿科技的研究，對整個國家的社會、經(jīng)濟(jì)將有重大的戰(zhàn)略意義。我國國家自然科學(xué)基金從 2021年開始支持無線傳感網(wǎng)絡(luò)方面的研究， 2021 年更是將該方向作為重點(diǎn)支持方向之一。正是基于這樣的背景，國外掀起了一股無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。該項(xiàng)技術(shù)的研究成功將真正的把我們的地球變成一個完整的數(shù)字地球，讓人類去感知地球的每一個角落。當(dāng)時研究這項(xiàng)技術(shù)的主要目的是想將其應(yīng)用在戰(zhàn)場信息感知、國土安全與反恐戰(zhàn)爭。 最后對本文工作進(jìn)行總結(jié)，并對后續(xù)工作進(jìn)行了展望 。并研究了數(shù)據(jù)采集的流程以及低能耗的設(shè)計(jì)。 第 3 章 研究 了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，敘述了硬件開發(fā)平臺的選擇，介紹了方案的開發(fā)環(huán)境。 對 IEEE 技術(shù)介紹。 第 2 章無線傳感網(wǎng)絡(luò)介紹。 論文結(jié)構(gòu)如下 : 第 1 章緒論。 由傳感器和 ZigBee 裝置構(gòu)成的 ZigBee 無線傳感器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可自動采集、分析濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 和處理各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，同時， ZigBee 技術(shù)的網(wǎng) 絡(luò)擴(kuò)展能力很強(qiáng)，理論上，一個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可容納 65536 個節(jié)點(diǎn)，適合于各種需要數(shù)據(jù)自動采集并要求網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)念I(lǐng)域，具有極其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和很高的研究價值。 ZigBee 技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中。節(jié)省的 系統(tǒng)開銷等。利用廣播信息，避免交互應(yīng)答 。 研究 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的必要性 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常應(yīng)用于軍事、環(huán)境、樓宇控制、保健、交通等領(lǐng)域，針對無線傳感器的應(yīng)用背景，對其終端的要求是盡量節(jié)省系統(tǒng)能量消耗、盡量節(jié)省信息處理以及簡易的信號收發(fā)。微型傳感器節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)或者特定地布置在工作環(huán)境中，通過無線通信實(shí)現(xiàn)自組織，獲取周圍環(huán)境的信息，形成分布自治系統(tǒng)，相互協(xié)同完成特定的任務(wù)。傳感器、微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)、集成電路、以及低功耗無線通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，使得低成本、低功耗、多功能的微型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能，這些微型無線傳感器是集成的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有無線通信、數(shù)據(jù)收集和處理、協(xié)同工作等功能。并且隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，融合了傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。傳感器技術(shù)是信息獲取的最重要、最基本的技術(shù)。 關(guān)鍵詞 :ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) IEEE 傳感器數(shù)據(jù)采集 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV Design of Data Acquisition System based on Wireless Sensor Network ABSTRACT Nowadays, wireless sensor works attracts more and more attentions in the front edgetechnology, which is appraised as one of the three future hightech industries. , with the characters of lowplication, lowpower, lowdatarate, and lowcost, is suitable to take onthe task of building the wireless sensor works. Thus ZigBee has an extremely importantworth for reaserch. This paper deeply analyzes wireless sensor works and IEEE /ZigBee standard, especially in the building of ZigBee works. It expounds some key points in themanner of building ZigBee works, like the establishment and maintenance of works, theflow of device joining the works. Moreover, it designs and realizes a mini start workand clustertree work with the ZigBee development suite TSZCC2430 based on the This paper adopts the SHTlx temperature and humidity digital sensors to acquire data,and designs the lowpower manner for endpoint in the ZigBee start work built before. This paper designs and implements a system of data acquisition for wireless sensorworks, with the building of ZigBee wireless sensor works, the transmission oftemperature and humidity sensor data, and the database management of these data. It predictsthe endpoint lifetime, and verifies the results with the measurement in practice as well. Key Words: ZigBee Wireless Sensor Networks IEEE Sensor Data Acquisition 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 前言 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 當(dāng)今世界信息技術(shù)飛速發(fā)展，給人們的工作和生活帶來了巨大影響。 本文采用 SHT1x 溫濕度數(shù)字傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在 已組建的 ZigBee 星型網(wǎng)的基礎(chǔ)上，從終端節(jié)點(diǎn)角度考慮網(wǎng)絡(luò) 的低功耗問題，提出了節(jié)點(diǎn)的低功耗軟件設(shè)計(jì)。 本文全面深入地對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及 IEEE ，并把 ZigBee 技術(shù)同其他技術(shù)做了比較， 重點(diǎn)對 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)進(jìn)行剖析 ，深入研究 ZigBee 技術(shù)的組網(wǎng)方式 ，給出了基于 ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計(jì)方案 。濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 目 錄 摘要 III ABSTRACT IV 第一章 前言 1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 1 研究 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的必要性 1 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 2 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及 ZigBee 技術(shù) 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 4 無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) 5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 5 ZigBee 技術(shù)概述 8 ZigBee 技術(shù)發(fā)展概況 8 ZigBee 技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用 8 ZigBee 技術(shù)與其他技術(shù)的比較 9 ZigBee 協(xié)議架構(gòu) 11 ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)配置 12 第三章 ZigBee 無線傳感器及數(shù)據(jù)采集的方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 基于 ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)方案 15 平臺硬件與軟件設(shè)計(jì) 15 開發(fā)平臺的選擇 15 TSZCC2430 開發(fā)平臺介紹 16 開發(fā)環(huán)境介紹 16 協(xié)議棧軟件設(shè)計(jì) 17 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)計(jì) 17 ZigBee 星型網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 ZigBee 簇樹網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 傳 感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集模塊（功能模塊）的設(shè)計(jì) 28 傳感器的選擇 28 傳感器數(shù)據(jù)采集流程 29 終端節(jié)點(diǎn)低功耗設(shè)計(jì)與測試 34 終端節(jié)點(diǎn)電池的選擇 34 終端節(jié)點(diǎn)低功耗軟件設(shè)計(jì) 34 第四章 基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用 37 第五章 結(jié)束語 40 參考文獻(xiàn) 41 致謝 43 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 基于無線 傳感 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國際備受關(guān)注的 熱點(diǎn)領(lǐng)域，被評為未來高科技的三大產(chǎn)業(yè)之一。 而 IEEE 、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，十分適合擔(dān) 當(dāng)組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重任，有著極其重要的研究價值。并結(jié)合 TSZCC2430 ZigBee 開發(fā)套件，以 IEEE 礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了小型 ZigBee 星型網(wǎng)和簇樹網(wǎng)。 本文通過對 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，完成了小型ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建、溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的傳輸和傳感器 采集數(shù)據(jù)的管理， 得 到了良好的結(jié)果。信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用環(huán)節(jié)的第一步是信息的獲取，它直接關(guān)系到信息的傳輸、處理和應(yīng)用。隨著獲取信息要求的提高，傳感器獲取技術(shù)從單一化到集成化、微型化，進(jìn)而智能化、網(wǎng)絡(luò)化，形成智能傳感器網(wǎng)絡(luò)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種獨(dú)立出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)，它的基本組成單位是無線傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn) 集成了傳感器、微處理器、無線接口和電源管理四個主要模塊。它們共同組成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了一種全新的信息獲取和處理模式。美國商業(yè)周刊和 MTI 技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21 世紀(jì)最有影響的 21 項(xiàng)技術(shù) [1]和改變世界的 10 大技術(shù)之一 [2]。而對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求是 :用簡潔的協(xié)議棧支持傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行，使到處存在接入可能 。簡化的協(xié)議層次、簡練的信令方式 。 ZigBee 技術(shù)的產(chǎn)生正是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求。 ZigBee 協(xié)議是專用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，能最大可能的節(jié)省網(wǎng)絡(luò)中能量，可隨時接入大量節(jié)點(diǎn)，具有高容錯性，強(qiáng)魯棒性，逐漸成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 本文全面深入地對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及 IEEE ，重點(diǎn)對 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)做深入分析，從網(wǎng)絡(luò)的建立與保持、設(shè)備入網(wǎng)流程等關(guān)鍵點(diǎn)上突破，深入研究 ZigBee 技術(shù)的組網(wǎng)方法，并結(jié)合 TSZCC2430ZigBee 開發(fā)套件，以 IEEE ，搭建了一 個小型無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)，并在此基礎(chǔ)上對 網(wǎng)絡(luò)平臺可重用路由協(xié)議的重用結(jié)構(gòu)模型接口作了部分實(shí)現(xiàn)。簡要介紹了本文的課題背景以及課題研究的必要性，概述了研究的主要內(nèi)容，并介紹了本文的整體結(jié)構(gòu)。介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、應(yīng)用、國內(nèi)外研究態(tài)勢，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)等概念。概述了 ZigBee 技術(shù)發(fā)展、技術(shù)特點(diǎn)，并與其他技術(shù)進(jìn)行了比較，描述了 ZigBee 技術(shù)的協(xié)議架構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。然后，分別詳細(xì)闡述了星型網(wǎng)和簇樹網(wǎng)的組建設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。 第 4 章 介紹了所研究課題的一些應(yīng)用 。 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 及 ZigBee 技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)