基于Zigbee的无线传感节点设计
基于Zigbee的无线传感节点设计
本系统是以当前物联网行业中热门的Zigbee技术进行的无线网络通讯研究，单片机采用Launchpad套件上的MSP430G2553单片机，无线模块主要采用TI公司的CC2530芯片。首先，利用MSP430G2553的内部AD进行模拟电压数据的采集；同时利用单片机对数据进行处理；其次，将处理过后的数据通过串口发送到终端Zigbee设备；然后利用Zigbee设备的无线网络通讯，将数据从Zigbee终端设备传输到Zigbee主机设备；最后，通过Zigbee主机设备与PC机的串口通讯将数据通过串口软件打印出来。通过这一系列的步骤，实现了以Zigbee无线传感器节点为研究对象，研究无线传感器组网与传输相关技术，设计了一个基于Zigbee无线传感器节点的实验通信系统。 HM000047
关键词：Zigbee；MSP430G2553；网络通讯；CC2530
NFC(Near Field Communication近距离传输)是由飞利浦(Philips)、诺基亚(NOKIA)和索尼(Sony)主推的一种类似于RFID(非接触式射频识别)的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接。工作距离20cm，工作频率为13.56MHz。 NFC最初仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短短距离范围进行通讯。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程。 NFC通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。NFC被置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流。
NFC有三种应用类型：
（1）设备连接。NFC可对无线网络进行快速、主动设置，服务于现有的各种无线网络。比如，手提电脑用户如果想在机场上网，他只需要走近一个Wi-Fi热点即可实现。
（2）实时预定。比如海报或展览信息背后贴有特定芯片，利用含NFC协议的手机或PDA，便能取得详细信息，或是立即联机使用信用卡进行票卷购买。而且这些芯片无需独立能源。
（3）移动商务。飞利浦Mifare技术支持了世界上几个大型交通系统及在银行业为客户提供Visa卡等各种服务。索尼的FeliCa非接触智能卡技术产品在中国香港及深圳、新加坡、日本的市场占有率非常的高，主要应用在交通及金融机构。 NFC是其它无线技术在不同场合、不同的领域的补充。
（2）Grace™ - 外设代码生成功能
Grace 是 Code Composer Studio 的一项功能，可使 MSP430 用户在几分钟之内生成外设设置代码。 生成的代码是具有完整注释且简单易读的 C 代码。
（3）SYS/BIOS
SYS/BIOS 是一款用于广泛 TI 数字信号处理器 (DSP)、ARM 微处理器和微控制器的高级实时操作系统。 其专为用于需要实时调度、同步和仪表的嵌入式应用而设计。 其提供超前多任务、硬件抽象和内存管理。 SYS/BIOS 不含版税且随附于 Code Composer Studio。
二、编译器
Code Composer Studio 包括专为 TI 嵌入式器件架构而设计的 C/C++ 编译器。用于 C6000™ 和 C5000™ 数字信号处理器器件的编译器能最大程度地发挥这些架构性能潜力。 TI ARM® 和 MSP430 微控制器的编译器，在无损性能的前提下，更能满足那些应用域的代码大小需要。 TI 的实时 C2000™ 微控制器的编译器充分利用了此架构中提供的诸多性能和代码大小特点。
针对 C++ 的支持登峰造极，尤其在 EABI 推出的现在。 EABI（扩展应用程序二进制接口）是一套组织编译器生成代码的现行标准。 EABI 标准包括 ELF 对象文件格式，此格式同样用于 Linux 中。 通过模板和函数内联实现的仅在 C++ 提供的更高层次的编程，在 EABI 支持下，获得了卓越改进。 EABI 支持目前适用于 ARM、C6000 DSP 和 MSP430 编译器，并且很快将在其他 TI 编译器上提供。
TI 编译器的优化能力达到世界领先水平。 C6000 DSP 编译器的软件流水化优化能力为这一架构性能的大部分成功奠定了基础。其他大量优化，无论是通用的还是针对于特定目标的，都提高了所有 TI 编译器的性能。上述优化可应用于多个层次：语句或语句块中，贯穿于函数、整个文件中，甚至跨文件。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景1
1.2 无线传感器网络国内外研究状况1
1.2.1 国外状况2
1.2.2 国内现状2
1.2.3 发展趋势3
1.3 课题任务与安排.3
第2章 主要技术介绍 5
2.1 Zigbee技术 5
2.1.1 ZigBee的具体介绍.5
2.1.2 Zigbee协议栈及架构简介.5
2.1.3 Zigbee的应用领域与发展前景.7
2.2 相关其他通信技术及其比较 8
2.2.1 蓝牙技术8
2.2.2 无线保真技术9
2.2.3 超宽带技术10
2.2.4 近距离传输技术11
2.2.5 相互比较12
第3章 开发工具介绍 16
3.1 开发环境CCSv5.1简介 14
3.2 开发环境IAR Embedded Workbench简介16
第4章 系统硬件设计 18
4.1 总体设计 .18
4.2 传感模块设计.18
4.2.1 无线传感器网络节点的结构18
4.2.2 AD模块19
4.2.3 电源模块20
4.3 CC2530模块设计.21
4.3.1 基于CC2530的Zigbee协议栈21
4.3.2 无线通信芯片方案对比24
第5章 系统软件设计 29
5.1 软件设计流程.29
5.2 部分程序实例.30
5.2.1 AD采集程序.30
5.2.2 串口发送程序31
5.2.3 部分协议栈无线控制程序33
第6章 调试与总结 36
第7章 总结与展望 37
参考文献 38
致 谢 .40
本系统是以当前物联网行业中热门的Zigbee技术进行的无线网络通讯研究，单片机采用Launchpad套件上的MSP430G2553单片机，无线模块主要采用TI公司的CC2530芯片。首先，利用MSP430G2553的内部AD进行模拟电压数据的采集；同时利用单片机对数据进行处理；其次，将处理过后的数据通过串口发送到终端Zigbee设备；然后利用Zigbee设备的无线网络通讯，将数据从Zigbee终端设备传输到Zigbee主机设备；最后，通过Zigbee主机设备与PC机的串口通讯将数据通过串口软件打印出来。通过这一系列的步骤，实现了以Zigbee无线传感器节点为研究对象，研究无线传感器组网与传输相关技术，设计了一个基于Zigbee无线传感器节点的实验通信系统。 HM000047
关键词：Zigbee；MSP430G2553；网络通讯；CC2530
NFC(Near Field Communication近距离传输)是由飞利浦(Philips)、诺基亚(NOKIA)和索尼(Sony)主推的一种类似于RFID(非接触式射频识别)的短距离无线通信技术标准。和RFID不同，NFC采用了双向的识别和连接。工作距离20cm，工作频率为13.56MHz。 NFC最初仅是遥控识别和网络技术的合并，但现在已发展成无线连接技术。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝设备、蓝牙设备、Wi-Fi设备提供一个“虚拟连接”，使电子设备可以在短短距离范围进行通讯。NFC的短距离交互大大简化了整个认证识别过程。 NFC通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，帮助解决记忆多个密码的麻烦，同时也保证了数据的安全保护。NFC被置入接入点之后，只要将其中两个靠近就可以实现交流。
NFC有三种应用类型：
（1）设备连接。NFC可对无线网络进行快速、主动设置，服务于现有的各种无线网络。比如，手提电脑用户如果想在机场上网，他只需要走近一个Wi-Fi热点即可实现。
（2）实时预定。比如海报或展览信息背后贴有特定芯片，利用含NFC协议的手机或PDA，便能取得详细信息，或是立即联机使用信用卡进行票卷购买。而且这些芯片无需独立能源。
（3）移动商务。飞利浦Mifare技术支持了世界上几个大型交通系统及在银行业为客户提供Visa卡等各种服务。索尼的FeliCa非接触智能卡技术产品在中国香港及深圳、新加坡、日本的市场占有率非常的高，主要应用在交通及金融机构。 NFC是其它无线技术在不同场合、不同的领域的补充。
（2）Grace™ - 外设代码生成功能
Grace 是 Code Composer Studio 的一项功能，可使 MSP430 用户在几分钟之内生成外设设置代码。 生成的代码是具有完整注释且简单易读的 C 代码。
（3）SYS/BIOS
SYS/BIOS 是一款用于广泛 TI 数字信号处理器 (DSP)、ARM 微处理器和微控制器的高级实时操作系统。 其专为用于需要实时调度、同步和仪表的嵌入式应用而设计。 其提供超前多任务、硬件抽象和内存管理。 SYS/BIOS 不含版税且随附于 Code Composer Studio。
二、编译器
Code Composer Studio 包括专为 TI 嵌入式器件架构而设计的 C/C++ 编译器。用于 C6000™ 和 C5000™ 数字信号处理器器件的编译器能最大程度地发挥这些架构性能潜力。 TI ARM® 和 MSP430 微控制器的编译器，在无损性能的前提下，更能满足那些应用域的代码大小需要。 TI 的实时 C2000™ 微控制器的编译器充分利用了此架构中提供的诸多性能和代码大小特点。
针对 C++ 的支持登峰造极，尤其在 EABI 推出的现在。 EABI（扩展应用程序二进制接口）是一套组织编译器生成代码的现行标准。 EABI 标准包括 ELF 对象文件格式，此格式同样用于 Linux 中。 通过模板和函数内联实现的仅在 C++ 提供的更高层次的编程，在 EABI 支持下，获得了卓越改进。 EABI 支持目前适用于 ARM、C6000 DSP 和 MSP430 编译器，并且很快将在其他 TI 编译器上提供。
TI 编译器的优化能力达到世界领先水平。 C6000 DSP 编译器的软件流水化优化能力为这一架构性能的大部分成功奠定了基础。其他大量优化，无论是通用的还是针对于特定目标的，都提高了所有 TI 编译器的性能。上述优化可应用于多个层次：语句或语句块中，贯穿于函数、整个文件中，甚至跨文件。
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景1
1.2 无线传感器网络国内外研究状况1
1.2.1 国外状况2
1.2.2 国内现状2
1.2.3 发展趋势3
1.3 课题任务与安排.3
第2章 主要技术介绍 5
2.1 Zigbee技术 5
2.1.1 ZigBee的具体介绍.5
2.1.2 Zigbee协议栈及架构简介.5
2.1.3 Zigbee的应用领域与发展前景.7
2.2 相关其他通信技术及其比较 8
2.2.1 蓝牙技术8
2.2.2 无线保真技术9
2.2.3 超宽带技术10
2.2.4 近距离传输技术11
2.2.5 相互比较12
第3章 开发工具介绍 16
3.1 开发环境CCSv5.1简介 14
3.2 开发环境IAR Embedded Workbench简介16
第4章 系统硬件设计 18
4.1 总体设计 .18
4.2 传感模块设计.18
4.2.1 无线传感器网络节点的结构18
4.2.2 AD模块19
4.2.3 电源模块20
4.3 CC2530模块设计.21
4.3.1 基于CC2530的Zigbee协议栈21
4.3.2 无线通信芯片方案对比24
第5章 系统软件设计 29
5.1 软件设计流程.29
5.2 部分程序实例.30
5.2.1 AD采集程序.30
5.2.2 串口发送程序31
5.2.3 部分协议栈无线控制程序33
第6章 调试与总结 36
第7章 总结与展望 37
参考文献 38
致 谢 .40
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