【正文】 ........................................ 12 圖 34 CC2430 典型電路 .................................................................................................... 13 圖 35 ADC 方框圖 ............................................................................................................. 14 圖 36 電源模塊原理圖 ..................................................................................................... 14 圖 37 穩(wěn)壓電源電路原理圖 ............................................................................................. 15 圖 38 按鍵電路原理圖 ..................................................................................................... 15 圖 39 指示燈電路 圖 ......................................................................................................... 16 圖 310 串口轉(zhuǎn)換電路 圖 ................................................................................................... 17 圖 311 RS232 串口電路原理圖 ........................................................................................ 17 圖 312 CC2430 收發(fā)模塊原理圖 ...................................................................................... 18 圖 41 IAR 開發(fā)界面 圖 ...................................................................................................... 21 圖 42 ZStack 工作流程 圖 ................................................................................................ 22 圖 43 OSAL 任務(wù)調(diào)度流程圖 .......................................................................................... 22 圖 44 終端節(jié)點軟件流程 ................................................................................................. 24 圖 45 匯聚節(jié)點軟件流程圖 ............................................................................................. 25 圖 46 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計流程圖 ..................................................................................... 26 圖 47 協(xié)調(diào)器建立一個新網(wǎng)絡(luò)流程圖 ............................................................................. 27 圖 48 子節(jié)點通過協(xié)調(diào)器入網(wǎng)流程圖 ............................................................................. 29 圖 49 節(jié)點通過已有父親節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)流程圖 ............................................................. 31 安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （論文） V 表格清單 表 21 應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù) ............................................................... 5 表 31 常用無線芯片主要參數(shù)的比較表 ......................................................................... 11 安徽工程大學(xué)機電學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （論文） 1 引 言 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的應(yīng)用價值，包括生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、交通管理、軍事運用、水質(zhì)監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。傳感器節(jié)點作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件實體單元，一般由能源模塊、無線收發(fā)模塊、外 設(shè)模塊、傳感器模塊、指示燈模塊、處理器模塊等組成。由這些成本低、結(jié)構(gòu)簡單的傳感器節(jié)點所組成的的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過傳感器對監(jiān)測對象的采集 （ 如溫濕度、 PH 值、溶解氧等 ） ，然后數(shù)據(jù)通過無線傳輸，并且相互路由或者協(xié)作，從而達到無線網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)收集和傳送功能。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) （ WSN） 是一項新興的無線通信技術(shù)，最初出現(xiàn)于軍事上的應(yīng)用，如戰(zhàn)場偵察。 國內(nèi)的許多高校也加快了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的步伐，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、重慶大學(xué)和中國科技大學(xué)等院校在國內(nèi)較早地展開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。國內(nèi)高校對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要包括：網(wǎng)絡(luò)的路由算法和組網(wǎng)涉及、節(jié)能設(shè)計、硬件系統(tǒng)的設(shè)計等。 程兵 ： ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 2 第 1 章 緒論 課題背景及實際意義 當(dāng)今是一個信息化的時代，科技進步的速度越來越快，我們置身于信息化時代，每天都與信息交流，隨著微電機系統(tǒng)、通信技術(shù)、嵌入式應(yīng)用等技術(shù)的越來越成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。 傳感器的歷史可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，那是歷史上出現(xiàn)的第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)，它采用點對點的傳輸，是最簡單的一類傳感器網(wǎng)絡(luò)。 20 世紀(jì) 90 年代末，隨著無線技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術(shù)，智能化的無線傳感網(wǎng)絡(luò)隨之誕生，逐漸形成了現(xiàn)在的無線傳 感器網(wǎng)絡(luò) （ Wireless Sensor Networks， WSN） 。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對全球信息化的發(fā)展有著重要的意義，因此也是國內(nèi)外研究的熱點領(lǐng)域，引起了世界上眾多國家的專家學(xué)者以及研究機構(gòu)的高度重視，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，并開創(chuàng)了新的應(yīng)用領(lǐng)域的新興技術(shù)的概念。美國商業(yè)周刊甚至包括 MIT 技術(shù)評論在內(nèi)的權(quán)威機構(gòu)，在一份預(yù)測未來科技發(fā)展的報告中明確指出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會是本世紀(jì)最優(yōu)影響力的，創(chuàng)造歷史的 10 大技術(shù)之一。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著 21 世紀(jì)高速信息化時代的來臨，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新一代信息傳遞網(wǎng)絡(luò)， 應(yīng)用前景非常廣闊，它的飛速發(fā)展和在人們實際生活中的應(yīng)用，給我們生活和工 作產(chǎn)生了深遠的影響，具有劃時代的意義。 1999 年第一篇題為“傳感器走向無線時代”代表性論述出現(xiàn)。 20xx 年 10 月 24 日，美國的英特爾公司發(fā)布了一篇名為“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計算發(fā)展規(guī)劃”的報告。IEEE Spectrum 在 20xx 年的雜志發(fā)表一篇文章：傳感器的國度，不但從理論上講述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有遠大的前景，更在實踐上證明了其應(yīng)用具有廣闊的市場和前景。 放眼全世界，各個國都的領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)者都非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與應(yīng)用， IEEE 正在加大推進無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展的步伐，波士頓大學(xué) （ Boston University）Millennial Net、 Invensys、 Radianse 以及霍尼韋爾 （ Honeywell） 還創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會 (Sensor Network Consortium)，期望加快無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展。具體而言，該系統(tǒng)結(jié)合了紅外技術(shù)，用來檢測是門窗的玻璃和家電的振動情況等。當(dāng)微塵檢測出大橋兩邊的 移動距離時，節(jié)點通過無線傳輸，把數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)控制的計算機進行數(shù)據(jù)分析。 英特爾公司與加利福利亞洲大學(xué)伯克利分校聯(lián)合展開了大鴨島環(huán)境監(jiān)測項目。 在國內(nèi)，與其他發(fā)達國家一樣，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究幾乎在同一時間開 始。其項目名稱為：重點地區(qū)災(zāi)害實時監(jiān)測決策支持示范系統(tǒng)，是本 報告又一重大領(lǐng)域的研究。 20xx 年，清華大學(xué)、重慶大學(xué)分別在管理數(shù)據(jù)系統(tǒng)和時鐘同步定位方面展開了專門的研究。中國科學(xué)院在 20xx 年初召開了關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的專項研討會，討論了近幾年來國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進度和未來的發(fā)展方向。 20xx 年，國家自然科學(xué)基金將水下移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)列為研究重點。無線傳感器起源于軍事領(lǐng)域，隨著科技發(fā)展，越來越多的應(yīng)用， 面向民用，而且民用領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。成本低廉除了節(jié)點的硬件和軟件制造技術(shù)有關(guān)意外 ，還與市場的推廣有著密切聯(lián)系，但是隨著科技的進步，低成本的產(chǎn)品在不久便會面世。雖然目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展如此迅猛，而且也在軍事和民用領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用，但是技術(shù)的完善和成熟依然是推動無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前的無線傳感器系統(tǒng)大多處于試驗性應(yīng)用，商用系統(tǒng)相對較少。 （ 3） 市場的推廣。 （ 4） 統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。就目前所了解的情況而且，標(biāo)準(zhǔn)化水平比較低，常見的只有 IEEE 、 Zigbee、 IEEE 1451 標(biāo)準(zhǔn)族、關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與 IPv6 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的幾個 Draft。 程兵 ： ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計 4 第 2 章 ZigBee 技術(shù)及特點 目前在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，主要使用 ZigBee、紅外、藍牙、 WiFi 等技術(shù)進行無線通信。但是紅外技術(shù)的缺點在于通訊距離短，只支持點對點通信以及不能穿越障礙。 WiFi 技術(shù)雖然通信速率可達 11Mbps，但是其開發(fā)成本和功耗都很大，而且安全性不強，所以在 WiFi 也很少應(yīng) 用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 ZigBee 技術(shù)概述 ZigBee 是一種低功耗以及短距離進行通信的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee 聯(lián)盟是由相關(guān)公司組成的一個聯(lián)合體，它們基于同一個開放的全球標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)可靠、成本效益明顯以及低功耗的無線聯(lián)網(wǎng)檢測和控制產(chǎn)品。因此大部分的 ZigBee 產(chǎn)品能用幾年的時間而不用換電源。 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基于 IEEE 無線通信協(xié)議， ZigBee 作為一種新興的無線連接技術(shù)。 ZigBee 的通信距離一般在 10 ~75 m 的范圍內(nèi)，但是根據(jù)實際情況（發(fā)射功率、靈敏度、環(huán)境等），可能更大。 相信隨著 Zigbee 技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，低速率將更多的在我們的生活中實現(xiàn)，并且應(yīng)用也將日益廣泛。ZigBee 技術(shù)也因此成為全球熱門研究的一個領(lǐng)域。在不久的將來， ZigBee 產(chǎn)品將實現(xiàn)全球化，為科技的發(fā)展帶來一場新的革命，可以預(yù)見， ZigBee 技術(shù)所帶來的影響，將會和計算機、互聯(lián)網(wǎng)所帶給我們的影響一樣，滲透到我們每天的工作生活中，為人類的生活帶來更多的方便和快捷 。 ZigBee 最為顯著的一個特點就是低功耗。因此兩節(jié)普通的 5號電池就可以使節(jié)點工作半年以上。只要幾 美元就能構(gòu)建一個 ZigBee 模塊；協(xié)議相對而且得到了極大的簡化，降低了所需的存儲空間，而且作為專利的協(xié)議是免費的。 （ 3） 低傳輸速率。 （ 4） 近距離。如果加入放大器和路由器，傳輸?shù)姆秶梢愿蟆?ZigBee 從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài) 只要 15ms，可見其響應(yīng)速度較快， 并且節(jié)點連接加網(wǎng)的過程只需 30 ms。由于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣性，利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇梢詫⒕W(wǎng)絡(luò)延伸甚至穿透障礙的阻隔，實現(xiàn)通信。 ZigBee 對于數(shù)據(jù)保密方面也有很嚴(yán)密的加密過程。如表 21 所示，比較了目前幾種常用的無線通信技術(shù)。簡單說來分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、 MAC 層和物理層 .其中物理層 （ PHY） 和媒體接入 層 （ MAC）以及鏈路層 （ LLC） 由 IEEE 工作組來制定，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由 ZigBee 聯(lián)盟制定。程兵 ： ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)