【正文】 并且相互協(xié)同工作完成特定任務(wù)。開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所采用的協(xié)議取決于網(wǎng)絡(luò)具體的應(yīng)用范圍。本文將會(huì)分析ZigBee協(xié)議的結(jié)構(gòu)并基于ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)一種溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)。與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的各種新技術(shù)及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍、民各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作已經(jīng)在發(fā)達(dá)國(guó)家轟轟烈烈地展開，大有引發(fā)一場(chǎng)新技術(shù)革命的勢(shì)頭。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多其它網(wǎng)絡(luò)所沒有的特征，其應(yīng)用范圍已經(jīng)深入到了人類社會(huì)的每一個(gè)角落，從收集家庭、建筑物、船舶、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部及其周圍環(huán)境的信息并實(shí)施監(jiān)控的民用/商用應(yīng)用領(lǐng)域，一直到數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)全譜戰(zhàn)斗空間的監(jiān)視、檢測(cè)與跟蹤等軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域。2003年2月份的美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志評(píng)選出對(duì)人類未來生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的十大新興技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)即被列為第一。傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)己引起了世界各國(guó)學(xué)術(shù)界、軍事部門和工業(yè)界的極大關(guān)注。美國(guó)國(guó)防部和各軍事部門也對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)給予了高度重視，在C4IsR的基礎(chǔ)上提出了C4KIsR計(jì)劃，把傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)重要研究領(lǐng)域。這樣，地(海)面、空中和太空的各種傳感器、指揮控制中心和武器平臺(tái)，就通過信息網(wǎng)絡(luò)集成為一體化的系統(tǒng)，從而大大提高了反應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了從傳感器到射手的無縫鏈接。由于硅和制造技術(shù)的最新突破，這些“無線遙感收發(fā)信機(jī)”終將能做成沙粒大小，而每個(gè)里面包含了傳感器、計(jì)算電路、雙向無線通信技術(shù)和電源。信息工業(yè)界巨頭如微軟公司等也開始了傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的工作，紛紛設(shè)立或啟動(dòng)相應(yīng)的行動(dòng)計(jì)劃。2004年3月，日本總務(wù)省成立“泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)”調(diào)查研究會(huì)?！皞鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件及數(shù)據(jù)管理關(guān)鍵技術(shù)的研究”己被列為國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部與微軟亞洲研究院正式簽署的第二期聯(lián)合資助項(xiàng)目之一，國(guó)家“十五“科技攻關(guān)項(xiàng)目把傳感器網(wǎng)絡(luò)列為重大研究項(xiàng)目。在國(guó)防技術(shù)方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)信息獲取與處理系統(tǒng)可以將大量地理上分散的戰(zhàn)區(qū)傳感器、指揮控制中心、主戰(zhàn)武器平臺(tái)以及處于動(dòng)態(tài)移動(dòng)的目標(biāo)等聯(lián)系起來，從而提高綜合戰(zhàn)斗能力和預(yù)防能力。 溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本文主要研究在基于ZigBee的協(xié)議的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的采集，然后把數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)來顯示和處理。明白了我們需要的設(shè)計(jì)的模塊的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，給出了如圖1所示的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖：圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)我們采用CC2430芯片，此產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)我們需要的ZigBee傳輸協(xié)議；溫濕度數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)采用SHT11芯片，這種芯片是一種全數(shù)字式的芯片，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特定，在實(shí)際應(yīng)用中非常方便；串口設(shè)計(jì)采用RS232通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和傳送；電源采用鋰電池供電。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。研究ZigBee協(xié)議棧及其具體實(shí)現(xiàn)方式，并能初步應(yīng)用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)具體功能。(3)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，能完成預(yù)期設(shè)定的功能并能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。該章介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、并設(shè)計(jì)了溫濕度采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖。第三章：介紹了溫濕度數(shù)據(jù)采集所需的器件，設(shè)計(jì)了溫濕度數(shù)據(jù)采集的硬件電路，并說了使用器件的注意事項(xiàng)。最后，總結(jié)。2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì) ZigBee技術(shù)概況ZigBee這個(gè)字源自于蜜蜂跳ZigZag形狀的舞蹈，來通知其他蜜蜂有關(guān)花粉位置等資訊，以達(dá)到彼此溝通訊息之目的，故以此作為新一代無線通訊技術(shù)之命名。ZigBee技術(shù)并不是完全獨(dú)有、全新的標(biāo)準(zhǔn)。其網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會(huì)聚層和高層應(yīng)用規(guī)范(API)由ZigBee聯(lián)盟進(jìn)行了制定。它們分別為868MHz、分為16個(gè)信道，該頻段為全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻段，且該頻段為免付款、免申請(qǐng)的無線電頻段，在該頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbPs；另外兩個(gè)頻段為868/915MHz，其相應(yīng)的信道數(shù)分別為1/10個(gè)，傳輸速率分別為20/40kbPs。透過上述方式，使得ZigBee十分省電，透過電池則可支援ZigBee長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間。（3）安全性高：ZigBee加密算法采用了AES128，同時(shí)各個(gè)應(yīng)用程序可以靈活確定其安全屬性。（4）高度擴(kuò)充性：一個(gè)ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是Master設(shè)備，其余則是Slave設(shè)備。（5）成本低廉：目前，ZigBee芯片的成本大約在3美元左右，ZigBee設(shè)備成本的目標(biāo)是要在1美元以下。聯(lián)盟當(dāng)前的成員己經(jīng)超過150家。 ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)在物理層(Physical Layer：PHY)方面，、915MHz和868MHz三種，‘分別提供250Kbps、40Kbps和20Kbps之傳輸速率’，其傳輸范圍介于10到100米之間，一般是30米。直接序列擴(kuò)頻( DSSS，(Direct sequence spread spectrdm)是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻碼系列采用各種調(diào)制方式在發(fā)端與擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序去進(jìn)行解碼，把擴(kuò)展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。而在數(shù)據(jù)鏈路層(Media Access Control Layer； MAC)方面，以提高系統(tǒng)相容性，所謂的CSMA/CA是在傳輸之前，會(huì)先檢查通道是否有資料傳輸，若通道無資料傳輸，則開始進(jìn)行資料傳輸動(dòng)作，若是產(chǎn)生碰撞，則稍后重新再傳。它包括兩個(gè)物理子層，分別工作在868/。（2）數(shù)據(jù)鏈路層(Medium Access Control layer，MAC)。（3）網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer，NWK)是由ZigBee聯(lián)盟所定義，主要完成從應(yīng)用層接受數(shù)據(jù)并向其發(fā)送數(shù)據(jù)。2003MAC子層的正確操作，并通過SAP(服務(wù)接入點(diǎn))為應(yīng)用層提供適當(dāng)?shù)姆?wù)接口。（4）應(yīng)用層(Application Layer，APL)是ZigBee協(xié)議棧的最高層。它包括應(yīng)用支持層(Application Support layer，APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)(ZigBee Device Object，ZDO)和應(yīng)用對(duì)象(Application Object)。因此，采用鋰電池供電，鋰電池供電的時(shí)間比較長(zhǎng)，也比較適用于此系統(tǒng)，節(jié)能方面也比較優(yōu)越。 。位于挪威奧斯陸的Chipcon公司(已在2006 年被美國(guó)德州儀器TI公司收購(gòu))，作為全球領(lǐng)先的供應(yīng)商，在低系統(tǒng)成本低功耗的射頻芯片和網(wǎng)絡(luò)型軟件方面，發(fā)布了實(shí)用的 CC2430/CC2431產(chǎn)品家族，是世界上首個(gè)真正的單芯片ZigBee 解決方案，這是世界上第一個(gè)真正意義上SoCZigBee一站式產(chǎn)品，具有芯片可編程閃存以及通過認(rèn)證的ZigBee TM 協(xié)議棧，所有都集成在一個(gè)硅片內(nèi)。芯片尺寸是77mm，CC2431表現(xiàn)出了相當(dāng)清晰的設(shè)計(jì)結(jié)合了一顆強(qiáng)大的魯棒射頻，可編程的微控制器，ZigBee軟件兼容，所有都集成到一個(gè)易用并有效的一顆芯片上。它們的區(qū)別在于內(nèi)置閃存的容量不同，/Zigbee應(yīng)用的成本優(yōu)化。加上超低能耗，使得它可以用很低的費(fèi)用構(gòu)成ZigBee節(jié)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。低功耗的要求。CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu)，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。 CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下：（1）高性能、低功耗的8051微控制器內(nèi)核；（2）；（3）極高的接收靈敏度和抗干擾性能；（4）32/64/128KB 閃存；8KBSRAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力；（5）強(qiáng)大的DMA功能；只需極少的外接元件；（6）只需一個(gè)晶體，即可滿足組網(wǎng)需要；電流消耗小(當(dāng)微控制器內(nèi)核運(yùn)行在32 MHz 時(shí)，Rx為27mA，Tx為25mA)；（7）掉電方式下，外部中斷或者實(shí)時(shí)鐘(RTC)能喚醒系統(tǒng)；(8) 掛起方式下，外部中斷能喚醒系統(tǒng)；(9) 硬件支持避免沖突的載波偵聽多路存取(CSMA/CA)；（10）電源電壓范圍寬(～ V)；（11）支持?jǐn)?shù)字化的接收信號(hào)強(qiáng)度指示器/鏈路質(zhì)量指示(RSSI/LQI)；（12）電池監(jiān)視器和溫度傳感器