zigbee的无线传感器网络软件设计
由于环境监测具有监测点多、监测复杂，故本文只对环境中的温度采集进行研究与讨论。本文利用无线传感器网络，针对传统环境监测所存在的监测设备庞大、维护成本高、部署复杂、需要配备专门的人员进行监管等缺陷，制定了一种基于ZigBee协议的的WSN方案，实时采集被监控区域内的环境温度信息。本文详细介绍了所设计系统的工作原理，分模块阐述了系统的的设计过程以及软件功能的实现，经过试验调试表明所设计的无线传感器网络的可行性，利用3个终端节点实时采集并显示被监控区域内的环境温度信息，最终通过串口助手将温度信息在PC客户端上显示，从而实现对环境信息的采集显示。经过调试证明，本文所设计的基于ZigBee技术的无线传感器网络，可以实时监测环境温度信息，所采集的信息准确可靠，达到了预期的效果。关键词 无线传感器网络，环境监测信息，ZigBee，节点
目 录
1 绪论 1
1.1 论文研究的背景及意义 1
1.2 WSN介绍 1
1.3 WSN的国内、外研究领域 2
1.4 本课题内容安排 3
2 ZigBee协议描述 4
2.1 ZigBee协议的发展历史 4
2.2 ZigBee技术及其应用领域 4
2.3 ZigBee协议栈框架 5
2.4 ZigBee网络结构 8
2.5 ZigBee与其他无线通讯手段的比较 10
2.6 本章小结 12
3 基于ZigBee的无线传感器网络设计 13
3.1 系统整体结构 13
3.2 系统硬件设计 13
3.3 软件开发环境 16
3.4 ZStack协议栈介绍 17
3.5 软件系统程序设计 21
3.6 本章小结 30
4 无线测温系统的调试与运行 30
4.1 系统硬件实物演示 30
4.2 系统软件串口演示 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录Ⅰ 硬件总电路图 37
附录Ⅱ 印刷电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
路板图 38
附录Ⅲ 程序代码 39
1 绪论
1. 1 论文的研究背景及意义
当前，科技飞速进步的同时破坏了人类生活的环境。环境温度的不断上升，羁绊着人类社会的前进。环境温度监测是伴随着温室效应发展起来的，迄今为止，已有半个多世纪的历史。
自20世纪80年代，许多西方发达国家借助全球卫星定位系统（GPS）以及地理信息系统（GIS）等技术，依次研究出了用于环境监测的自动化系统，用于对环境信息的实时监测[1]。
在20世纪90年代末，美国军方率先对无线传感器网络（WSN）进行研究，WSN是一种新型网络，包含数量众多的传感器节点，这些节点以自组织形式形成网络系统，可随机安放在监测区域附近[2]，具有体积小、成本低、方便布置等优点，在军事、环境监测、家居、自动化等各种领域中普遍使用，应用前景十分广阔。
在对WSN学习研究的过程中，ZigBee技术随之诞生。刚刚降生的ZigBee技术，就获得了社会各界人士的青睐。同其他的无线通讯手段相比，ZigBee技术有很多优势，可以在速率和功耗特别低的情况下使用，并且可以近距离传输，因而结构简单。此外，在ZigBee技术的帮助下，无线传感器网络可以将自己的优势充分施展出来，因此其对无线传感器网络的研究有着极其重大的意义[3]。
作为无线传感器网络的典型应用之一，监测区域内的环境温度监测在很多方面均有所涉及，例如节点的布置、信息的采集与显示、数据的传输等。环境监测具有监测区域内监测点数量多、时间长、情况复杂等特点，而传统的监测方法除了要安放价格昂贵、体积庞大的设备外，还需要布置大量的线路、安排一定的工作人员进行监管，一旦布置完毕，很难进行系统调整，故监测成本较高，使用起来很不方便[4]。在这种研究背景下，本文提出了基于ZigBee的无线传感器环境温度监测网络系统设计。在该系统中，可以实现实时采集监测区域内环境温度信息的功能，能够将处理过的信息发送给PC机，因而具有节点多，布局方便、低功耗、安全性高、可靠性高、可远程控制、环境适应能力强等优势。
1. 2 WSN介绍
传感器技术的快速成长与无线通信技术的进步息息相关。即便传感器的体积很小，它的功能依旧十分强大，仍然可以进行信息的采集和处理，完成用户所需要的信息传输。[5]。WSN围绕着传感器节点，形成了Adhoc网络。若干个传感器节点之间互相协调配合，在协议的规范下，自发的形成一个多跳对等网，完成用户分配的任务，从而获取用户所需要的温度信息，将信息进行处理，最终发送给PC端[6]。
无线传感器拥有以下特点[7,11]：
1、以数据为中心，不具备全球唯一地址标识
WSN系统中的节点很多，且由于节点安放的位置和网络拓扑不固定，节点之间通过标识符进行区分。
2、节点能力有限
1）电源能量有限：由于节点主要依靠电池来提供能量，所以电源的能量十分有限，当遇到特殊的情况时，可能无法更换电池，造成节点失效。
2）通信能力有限
通信范围一般只有几十到几百米。通讯能耗和通讯距离的关系如下：
n
通常，n的取值为3。
计算能力和存储能力有限
无线传感器节点可以进行信息处理，具有一定的计算能力，但是由于其处理器的计算能力有限，节点不能进行复杂计算。此外，有限的存储器容量也影响了节点的数据存储。
可快速部署
如果节点从系统中脱落，将会以自组织的方式重建网络，不需要提前做好网络设施准备。
1. 3 WSN的国内、外研究领域
1.3.1 无线传感器网络技术的国外研究领域
目 录
1 绪论 1
1.1 论文研究的背景及意义 1
1.2 WSN介绍 1
1.3 WSN的国内、外研究领域 2
1.4 本课题内容安排 3
2 ZigBee协议描述 4
2.1 ZigBee协议的发展历史 4
2.2 ZigBee技术及其应用领域 4
2.3 ZigBee协议栈框架 5
2.4 ZigBee网络结构 8
2.5 ZigBee与其他无线通讯手段的比较 10
2.6 本章小结 12
3 基于ZigBee的无线传感器网络设计 13
3.1 系统整体结构 13
3.2 系统硬件设计 13
3.3 软件开发环境 16
3.4 ZStack协议栈介绍 17
3.5 软件系统程序设计 21
3.6 本章小结 30
4 无线测温系统的调试与运行 30
4.1 系统硬件实物演示 30
4.2 系统软件串口演示 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附录Ⅰ 硬件总电路图 37
附录Ⅱ 印刷电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
路板图 38
附录Ⅲ 程序代码 39
1 绪论
1. 1 论文的研究背景及意义
当前，科技飞速进步的同时破坏了人类生活的环境。环境温度的不断上升，羁绊着人类社会的前进。环境温度监测是伴随着温室效应发展起来的，迄今为止，已有半个多世纪的历史。
自20世纪80年代，许多西方发达国家借助全球卫星定位系统（GPS）以及地理信息系统（GIS）等技术，依次研究出了用于环境监测的自动化系统，用于对环境信息的实时监测[1]。
在20世纪90年代末，美国军方率先对无线传感器网络（WSN）进行研究，WSN是一种新型网络，包含数量众多的传感器节点，这些节点以自组织形式形成网络系统，可随机安放在监测区域附近[2]，具有体积小、成本低、方便布置等优点，在军事、环境监测、家居、自动化等各种领域中普遍使用，应用前景十分广阔。
在对WSN学习研究的过程中，ZigBee技术随之诞生。刚刚降生的ZigBee技术，就获得了社会各界人士的青睐。同其他的无线通讯手段相比，ZigBee技术有很多优势，可以在速率和功耗特别低的情况下使用，并且可以近距离传输，因而结构简单。此外，在ZigBee技术的帮助下，无线传感器网络可以将自己的优势充分施展出来，因此其对无线传感器网络的研究有着极其重大的意义[3]。
作为无线传感器网络的典型应用之一，监测区域内的环境温度监测在很多方面均有所涉及，例如节点的布置、信息的采集与显示、数据的传输等。环境监测具有监测区域内监测点数量多、时间长、情况复杂等特点，而传统的监测方法除了要安放价格昂贵、体积庞大的设备外，还需要布置大量的线路、安排一定的工作人员进行监管，一旦布置完毕，很难进行系统调整，故监测成本较高，使用起来很不方便[4]。在这种研究背景下，本文提出了基于ZigBee的无线传感器环境温度监测网络系统设计。在该系统中，可以实现实时采集监测区域内环境温度信息的功能，能够将处理过的信息发送给PC机，因而具有节点多，布局方便、低功耗、安全性高、可靠性高、可远程控制、环境适应能力强等优势。
1. 2 WSN介绍
传感器技术的快速成长与无线通信技术的进步息息相关。即便传感器的体积很小，它的功能依旧十分强大，仍然可以进行信息的采集和处理，完成用户所需要的信息传输。[5]。WSN围绕着传感器节点，形成了Adhoc网络。若干个传感器节点之间互相协调配合，在协议的规范下，自发的形成一个多跳对等网，完成用户分配的任务，从而获取用户所需要的温度信息，将信息进行处理，最终发送给PC端[6]。
无线传感器拥有以下特点[7,11]：
1、以数据为中心，不具备全球唯一地址标识
WSN系统中的节点很多，且由于节点安放的位置和网络拓扑不固定，节点之间通过标识符进行区分。
2、节点能力有限
1）电源能量有限：由于节点主要依靠电池来提供能量，所以电源的能量十分有限，当遇到特殊的情况时，可能无法更换电池，造成节点失效。
2）通信能力有限
通信范围一般只有几十到几百米。通讯能耗和通讯距离的关系如下：
n
通常，n的取值为3。
计算能力和存储能力有限
无线传感器节点可以进行信息处理，具有一定的计算能力，但是由于其处理器的计算能力有限，节点不能进行复杂计算。此外，有限的存储器容量也影响了节点的数据存储。
可快速部署
如果节点从系统中脱落，将会以自组织的方式重建网络，不需要提前做好网络设施准备。
1. 3 WSN的国内、外研究领域
1.3.1 无线传感器网络技术的国外研究领域
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