zigbee和gprsdtu网关设计
随着电子技术和计算机网络技术的高速度发展，远程监控技术成为生活中十分重要的一项新兴技术。近年来，无线传感器网络技术和GPRS技术得到了快速的发展，将两种技术优势互补并应用于无线远程监控是第一时间获取监控现场信息的重要手段。通过在监控区域部署一些采集不同数据种类型的传感器节点，将无线传感器网络和无线通信相结合，达到无线远程监控的目的。
本文提出了一种基于ZigBee和GPRS DTU网关系统的解决方案。本方案结合了GPRS的远距离大众化通信优势和ZigBee技术的短距离、低功耗、低成本等特点。组成ZigBee-GPRS DTU的系统架构。针对此方案，分析研究了系统的功能需求和性能需求，选择CC2530作为ZigBee无线通信模块和微处理器芯片。COMWAY WG-8010作为GPRS无线通信模块。根据各个器件的工作原理和系统功能要求设计电路原理图，搭建网关系统的硬件平台。并对系统的硬件平台进行了测试和分析，对实现无线远程监控系统具有很好的应用价值。
关键词 ZigBee,GPRS DTU，网关，无线传感器网络
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外发展现状 3
2 网关总体设计方案 5
2.1 课题要研究和解决的问题 5
2.2 网关系统功能需求 6
2.3 采用的研究手段 7
2.4 网关硬件设计 7
3 系统硬件电路设计 8
3.1 CC2530模块 8
3.2 GPRS DTU无线通信模块 11
3.3 ZigBee 网关底板模块设计 13
3.4 ZigBee网关总体电路图 19
3.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
网关底板PCB图和底板实物图 19
4 Zigbee网关软件设计 20
4.1 Zigbee网关软件流程图 20
4.2 网关软件的编译与烧制 22
5 COMWAY GPRS DTU配置 23
5.1 安装配置程序 23
5.2 对本机串口通信参数进行配置 24
5.3 GPRS通信参数的配置 24
5.4 设置DTU进入配置模式并读取配置信息 24
5.5 通过短信发送AT指令配置 25
6 Zigbee-GPRS DTU网关 26
7 网关系统调试 26
7.1 网关软硬件调试 27
结 论 29
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A：ZigBee网关软件清单 34
1 引言
进入21世纪前期，随着无线通信技术和网络技术等高新技术的迅猛发展以及人们对生活活动能力要求的不断提高，智能远程监控渐渐被人们意识到它存在的价值及意义。传统的传感器网络技术还不够完善，拥有实用性的同时也具有一定的缺点。比如：计算能力差、宽带有限、通信效率低等等缺点。它存在的这些劣势造成了的无线传感器网络性能低下等问题。因此根据传统无线传感器网络存在的这些缺陷进行适当的改进，本文采用CC2530作为构建无线传感器网络网关的主控芯片，这种网关可以克服传统无线传感器存在的不足。改进的思路是各个传感器节点在采集监测信息后通过ZigBee网络将采集到数据信息传输给网关，传送到网关的数据信息通过GPRS远距离无线通信技术将处理后的数据远距离传输给远处监控终端，这样实现了数据由近距离到远距离高性能的传输。因此，搭建一个ZigBee-GPRS DTU网关系统有十分重要的意义和利用价值。
本课题是关于ZigBee-GPRS DTU网关系统的组建。本课题网关的任务就是负责各传感器节点之间和上位机的信息传递、转换和管理。在设计中，ZigBee技术的优势和GPRS技术的优势得到充分的利用，这样实现了监测数据近距离到远距离的无线发送与接收。也就是说利用两者的优势互补从而达到远程监控的目的。本设计是以物联网高级开发系统及GPRS DTU为基础，搭建一个能够实现远程和近距离无线数据测量和监控的ZigBee-GPRS DTU网关系统，具有十分可观的利用价值。
1.1 课题研究的背景和意义
自进入21世纪以来，无线通信技术和传感器的智能化技术得到深入的研究和快速的发展。与此同时无线传感器网络应运而生而且得到了快速的成长与不断的完善。无线传感器网络大致由主控制器、无线通信模块和传感器模块三部分构成。监控通信网络的形成是自组织传感器节点来建立完成的，每个节点之间是通过合作的形式来实现采集和监测监控区域各种数据和信息，通过无线通信的方式将采集到的数据信息传输到用户终端。本课题运用现有的GPRS DTU无线通信模块作为基础，针对新兴ZigBee技术进行分析与研究，将两种技术进行优势互补的组合，设计一种ZigBee-GPRS DTU网关系统。这种新网络方案既可以节省功耗也可以广泛的应用于远程监控。传感器开始萌芽于20世纪70年代初，当时的传感器网络运用点对点的模式进行数据传输，通过与控制器衔接构成传感器网络雏形。随着科技的进步和无线传感器网络的完善。然而到第2代无线传感器网络时它可以获得更多的数据信息并且具备更高的数据处理能力。进入21世纪，大规模的传感器和无线通信技术得到的运用，可以组建成多种无线传感器网络，这也就是第3代无线传感器网络。
随着人们对生产活动要求不断的提高，很多时候需要实时的去采集各种数据信息，根据采集到的数据信息去控制与监测监测区域，无线传感器网络和无线通信技术紧密相容而形成远程监控系统。实现对监控区域的物理信息的实时采集与控制。远程监控系统现已被广泛应用于军事、医疗、工农业、无人值守作业、智能交通及智能家居等等领域。远程监控系统既要保证其监控体系可以稳定、安全可靠运行的同时还可以节省大量的人力物力，这样可以大大的减少对有限资源的损耗，对实现可持续发展有重大的推动意义。
ZigBee 技术是介于BlueTooth传输技术和WIFI传输技术的一种刚刚诞生的近距离、中速度的用作近程网关的物联网通讯的技术。它的出现很好的填补了传统无线通信技术存在的技术缺陷。该协议被正式发布于2003年并在当年获得通过，到2004年的时候正式问世。改近后的无线传感器网络具备低功耗和低延时等优势特点，同时也对带宽的要求大大的降低，很容易满足实际运用要求。
GPRS是在现有的GSM系统基础上进行升级，其实只要在GSM系统基础上添加一个新的移动数据分组网络，但很多实际应用中为了实现数据的分组方式传输，我们需要在GSM交换系统的基础上进行补充和扩展升级GPRS无线通信，便于移动用户接入Internet网络或其他数据网络。GPRS网络主要用于远距离无线数据传输，ZigBee技术能够实现数据的近距离无线通信，结合两者的优势可以组建一个安全可靠、稳定性好的远程监控系统。我国地域辽阔、人口多、很多地方都存在或多或少的这样或者那样危险。所以我们需要远程监控来监测各个区域的情况，以便实时的发现危险并有效的解决危险，但是很多监测区域不便于人工监测或手动传感器的布置。然而无线传感器网络正好可以弥足这种不足，它还可以广泛运用于人们难以供电的地方或难以到达的监控区域。因此，我们需要运用远程无线传输的方式来发送数据信息和收集无线传感器网络节点在监控区域所采集到的数据信息。我们还可以运用各种传感器节点对监控区域进行实时的采集、监测与控制，同时也可以实时的对终端设备进行必要的控制与获取命令信息，远程监控系统可以被广泛的应用于各个领域，为人们的生活劳动提供更多的便捷。
图2-1 远程监控系统功能图
网关系统的设计采用CC2530芯片作为网关系统的主芯片，同时负责与ZigBee无线通信模块进行连接，所以CC2530芯片在本设计充当十分重要的作用，只需要外加一些简单的元器件就可以构成ZigBee无线通信模块，芯片采用6mm X 6mmQ FN40la来进行封装，芯片一共包含了40个引脚，CC2530芯片主要由I/O引脚、电源引脚和控制引脚三部分的引脚构成，设计中运用到的CC2530芯片引脚功能介绍如表1所示。芯片引脚顶视图如图3-1所示。
1 引言 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外发展现状 3
2 网关总体设计方案 5
2.1 课题要研究和解决的问题 5
2.2 网关系统功能需求 6
2.3 采用的研究手段 7
2.4 网关硬件设计 7
3 系统硬件电路设计 8
3.1 CC2530模块 8
3.2 GPRS DTU无线通信模块 11
3.3 ZigBee 网关底板模块设计 13
3.4 ZigBee网关总体电路图 19
3.5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
网关底板PCB图和底板实物图 19
4 Zigbee网关软件设计 20
4.1 Zigbee网关软件流程图 20
4.2 网关软件的编译与烧制 22
5 COMWAY GPRS DTU配置 23
5.1 安装配置程序 23
5.2 对本机串口通信参数进行配置 24
5.3 GPRS通信参数的配置 24
5.4 设置DTU进入配置模式并读取配置信息 24
5.5 通过短信发送AT指令配置 25
6 Zigbee-GPRS DTU网关 26
7 网关系统调试 26
7.1 网关软硬件调试 27
结 论 29
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A：ZigBee网关软件清单 34
1 引言
进入21世纪前期，随着无线通信技术和网络技术等高新技术的迅猛发展以及人们对生活活动能力要求的不断提高，智能远程监控渐渐被人们意识到它存在的价值及意义。传统的传感器网络技术还不够完善，拥有实用性的同时也具有一定的缺点。比如：计算能力差、宽带有限、通信效率低等等缺点。它存在的这些劣势造成了的无线传感器网络性能低下等问题。因此根据传统无线传感器网络存在的这些缺陷进行适当的改进，本文采用CC2530作为构建无线传感器网络网关的主控芯片，这种网关可以克服传统无线传感器存在的不足。改进的思路是各个传感器节点在采集监测信息后通过ZigBee网络将采集到数据信息传输给网关，传送到网关的数据信息通过GPRS远距离无线通信技术将处理后的数据远距离传输给远处监控终端，这样实现了数据由近距离到远距离高性能的传输。因此，搭建一个ZigBee-GPRS DTU网关系统有十分重要的意义和利用价值。
本课题是关于ZigBee-GPRS DTU网关系统的组建。本课题网关的任务就是负责各传感器节点之间和上位机的信息传递、转换和管理。在设计中，ZigBee技术的优势和GPRS技术的优势得到充分的利用，这样实现了监测数据近距离到远距离的无线发送与接收。也就是说利用两者的优势互补从而达到远程监控的目的。本设计是以物联网高级开发系统及GPRS DTU为基础，搭建一个能够实现远程和近距离无线数据测量和监控的ZigBee-GPRS DTU网关系统，具有十分可观的利用价值。
1.1 课题研究的背景和意义
自进入21世纪以来，无线通信技术和传感器的智能化技术得到深入的研究和快速的发展。与此同时无线传感器网络应运而生而且得到了快速的成长与不断的完善。无线传感器网络大致由主控制器、无线通信模块和传感器模块三部分构成。监控通信网络的形成是自组织传感器节点来建立完成的，每个节点之间是通过合作的形式来实现采集和监测监控区域各种数据和信息，通过无线通信的方式将采集到的数据信息传输到用户终端。本课题运用现有的GPRS DTU无线通信模块作为基础，针对新兴ZigBee技术进行分析与研究，将两种技术进行优势互补的组合，设计一种ZigBee-GPRS DTU网关系统。这种新网络方案既可以节省功耗也可以广泛的应用于远程监控。传感器开始萌芽于20世纪70年代初，当时的传感器网络运用点对点的模式进行数据传输，通过与控制器衔接构成传感器网络雏形。随着科技的进步和无线传感器网络的完善。然而到第2代无线传感器网络时它可以获得更多的数据信息并且具备更高的数据处理能力。进入21世纪，大规模的传感器和无线通信技术得到的运用，可以组建成多种无线传感器网络，这也就是第3代无线传感器网络。
随着人们对生产活动要求不断的提高，很多时候需要实时的去采集各种数据信息，根据采集到的数据信息去控制与监测监测区域，无线传感器网络和无线通信技术紧密相容而形成远程监控系统。实现对监控区域的物理信息的实时采集与控制。远程监控系统现已被广泛应用于军事、医疗、工农业、无人值守作业、智能交通及智能家居等等领域。远程监控系统既要保证其监控体系可以稳定、安全可靠运行的同时还可以节省大量的人力物力，这样可以大大的减少对有限资源的损耗，对实现可持续发展有重大的推动意义。
ZigBee 技术是介于BlueTooth传输技术和WIFI传输技术的一种刚刚诞生的近距离、中速度的用作近程网关的物联网通讯的技术。它的出现很好的填补了传统无线通信技术存在的技术缺陷。该协议被正式发布于2003年并在当年获得通过，到2004年的时候正式问世。改近后的无线传感器网络具备低功耗和低延时等优势特点，同时也对带宽的要求大大的降低，很容易满足实际运用要求。
GPRS是在现有的GSM系统基础上进行升级，其实只要在GSM系统基础上添加一个新的移动数据分组网络，但很多实际应用中为了实现数据的分组方式传输，我们需要在GSM交换系统的基础上进行补充和扩展升级GPRS无线通信，便于移动用户接入Internet网络或其他数据网络。GPRS网络主要用于远距离无线数据传输，ZigBee技术能够实现数据的近距离无线通信，结合两者的优势可以组建一个安全可靠、稳定性好的远程监控系统。我国地域辽阔、人口多、很多地方都存在或多或少的这样或者那样危险。所以我们需要远程监控来监测各个区域的情况，以便实时的发现危险并有效的解决危险，但是很多监测区域不便于人工监测或手动传感器的布置。然而无线传感器网络正好可以弥足这种不足，它还可以广泛运用于人们难以供电的地方或难以到达的监控区域。因此，我们需要运用远程无线传输的方式来发送数据信息和收集无线传感器网络节点在监控区域所采集到的数据信息。我们还可以运用各种传感器节点对监控区域进行实时的采集、监测与控制，同时也可以实时的对终端设备进行必要的控制与获取命令信息，远程监控系统可以被广泛的应用于各个领域，为人们的生活劳动提供更多的便捷。
图2-1 远程监控系统功能图
网关系统的设计采用CC2530芯片作为网关系统的主芯片，同时负责与ZigBee无线通信模块进行连接，所以CC2530芯片在本设计充当十分重要的作用，只需要外加一些简单的元器件就可以构成ZigBee无线通信模块，芯片采用6mm X 6mmQ FN40la来进行封装，芯片一共包含了40个引脚，CC2530芯片主要由I/O引脚、电源引脚和控制引脚三部分的引脚构成，设计中运用到的CC2530芯片引脚功能介绍如表1所示。芯片引脚顶视图如图3-1所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzdq/792.html
