zigbee的无线传感器网络硬件设计
传统的环境温度监测设备体积比较庞大而且不方便进行维护，也需要布置很多的线路，还需要配备专门的工作人员进行监控，非常的浪费资源。所以本次课题利用无线传感器网络，制定了基于ZigBee的无线传感器网络进行监控区域的环境温度监测采集系统。对系统方案进行了设计，给出了系统设计方案框图；研究并设计了系统无线通信模块CC2530、DS18B20温度传感器模块、HT7533稳压器电源模块、LCD液晶屏、USB接口电路、CH340G模块电路、UART模块等硬件电路，在硬件设计软件Altium Designer6中绘制了基于ZigBee的无线传感器网络硬件电路原理图和PCB图；对系统硬件电路进行了制板，并购买了相关电子元器件，研制了系统协调器和终端节点硬件电路板；简要介绍了系统控制软件，采用无线传感系统调试串口助手，并结合系统软件设计部分进行了系统软硬件联合调试，调试结果表明系统能够正常运行，基本达到了预期性能指标，验证了系统设计的可行性和正确性。关键词 无线传感器网络，Z-Stack协议栈，ZigBee，CC2530
目 录
1 引言 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 课题研究目标与研究内容 2
1．3 无线传感器网络国内外研究现状 2
1．4 论文的结构安排 3
2 无线传感器网络技术和ZigBee技术介绍 4
2．1 无线传感器网络技术原理说明 4
2．2 无线传感器网络的体系结构 4
2．3 无线传感器网络的特点 5
2．4 无线传感器网络技术融合分析 7
2．5 无线传感器网络应用前景 8
2．6 ZgiBee无线通信简介 8
2．7 ZgiBee技术的特点分析 8
2．8 ZgiBee技术与传统通信技术的比较 9
2．9 ZigBee技术的体系结构分析 9
2．10 ZigBee网络技术的拓扑结构说明 10
2．11 ZigBee技术的协议栈 12
2．12 ZigBee无线通信技术的应用 13
2．13 本章小结 13
3 基于Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
igBee的无线传感器网络硬件设计 14
3．1 系统总体设计方案 14
3．2 系统硬件结构 14
3．3 无线通信模块CC2530 15
3．4 DS18B20温度传感器模块 17
3．5 HT7533稳压器电源模块 18
3．6 LCD液晶屏 18
3．7 USB接口电路 19
3．8 CH340G模块电路 19
3．9 UART模块电路 20
3．10 系统原理图和PCB图的绘制 20
3．11 系统硬件电路的研制 21
3．12 本章小节 22
4 基于ZigBee无线传感器网络的软件介绍 22
4．1 软件开发的环境 22
4．2 ZStack协议栈介绍 22
4．3 协调器节点程序设计 24
4．4 终端节点程序设计 24
4．5 本章小结 26
5 系统的软件和硬件联合运行调试 26
5．1 制作过程中遇到的问题 26
5．2 实物测试 27
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录A 原理电路图1 35
附录B 原理电路图2 36
附录C PCB电路图 37
附录D 程序代码 38
1 引言
无线传感器网络成为如今社会上一种盛行的技术，已经成为大部分的国家重点科研的技术目标，其在家庭、健康、救灾、空间探索、军事、商业和环境等领域成为广阔的应用技术。国内外有很多单位都对无线传感器网络开展相对应的科学研究。
1．1 课题研究的背景与意义
由于无线传感器网络的发明，全世界的人类可以更好的、更直接的认识这个世界，提高了人们对世界认知和对世界做出的改善。到目前为止，无线传感器网络已经成为世界上大多数国家在绝大部分领域关注的对象，包括我国在内的国家早就把无线传感器网络当作重点来研究[1]。
在战争中，无线传感器网络终究会成为安排作战方式的主要技术[2]。它可以有效的让己方知道自己的的体系情况和作战方向，避免不必要的损失，保护自身的安全，将伤亡降到最低[1,3]。
在环境研究的地方，人类采用WSN能快速有效的得到有关环境的信息数据。它可以第一时间掌握一个地方的温度和降雨量，为当地人民的出行提供一个及时的而且可以信任的信息[1]。
在医疗的方面和在卫生的方面，因为无线传感器的存在，医生可以在病人的身上安装有关于传感器的相关器件，并且凭借这个含有传感器的器件随时的对病人的身体状况进行有效的掌握，可以了及时的对病人进行治疗，不耽误最佳的治疗时间。还可以利用无线传感器网络技术来预防疾病和解决疑难杂症[1,20]。
在外太空的领域方面，可以凭借航天器上的无线传感器来测量外太空的情况，让人类更加清楚的、有效的认识外太空[1]。
在各国的工业方面，WSN可以协助工业上的管理人员对工业现场的监督和控制，也能有效的、及时的预防一些不必要的事件发生，同时还能减少资源浪费，增加工业上的工作效率[1,22]。
在各自的家庭生活中，无线传感器网络也是和人类息息相关的，我们上网的条件都是通过无线传感器网络的，无线传感器网络终究会成为我们生活中必不可少的一部分，它也会给我们提供更加舒适的生活环境[1]。最后，因为无线传感器网络的特点：所以无线传感器网络在未来一定能有一个美好的前途[4]。目前，国内在石化、钢铁、水处理等行业企业的测量抄表工作绝大部分均由手工完成，自动化程度不到5%，费工、费时、费劲。随着自动化管理要求的提高，对测量的远程抄表、实时监控、统计分析、网络查询、手机查询等功能的需求越来越迫切[4]。随着无线传感器网络技术的发展，为实现流量监控的自动化、网络化、智能化，提供了新思路。
目 录
1 引言 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 课题研究目标与研究内容 2
1．3 无线传感器网络国内外研究现状 2
1．4 论文的结构安排 3
2 无线传感器网络技术和ZigBee技术介绍 4
2．1 无线传感器网络技术原理说明 4
2．2 无线传感器网络的体系结构 4
2．3 无线传感器网络的特点 5
2．4 无线传感器网络技术融合分析 7
2．5 无线传感器网络应用前景 8
2．6 ZgiBee无线通信简介 8
2．7 ZgiBee技术的特点分析 8
2．8 ZgiBee技术与传统通信技术的比较 9
2．9 ZigBee技术的体系结构分析 9
2．10 ZigBee网络技术的拓扑结构说明 10
2．11 ZigBee技术的协议栈 12
2．12 ZigBee无线通信技术的应用 13
2．13 本章小结 13
3 基于Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
igBee的无线传感器网络硬件设计 14
3．1 系统总体设计方案 14
3．2 系统硬件结构 14
3．3 无线通信模块CC2530 15
3．4 DS18B20温度传感器模块 17
3．5 HT7533稳压器电源模块 18
3．6 LCD液晶屏 18
3．7 USB接口电路 19
3．8 CH340G模块电路 19
3．9 UART模块电路 20
3．10 系统原理图和PCB图的绘制 20
3．11 系统硬件电路的研制 21
3．12 本章小节 22
4 基于ZigBee无线传感器网络的软件介绍 22
4．1 软件开发的环境 22
4．2 ZStack协议栈介绍 22
4．3 协调器节点程序设计 24
4．4 终端节点程序设计 24
4．5 本章小结 26
5 系统的软件和硬件联合运行调试 26
5．1 制作过程中遇到的问题 26
5．2 实物测试 27
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
附录A 原理电路图1 35
附录B 原理电路图2 36
附录C PCB电路图 37
附录D 程序代码 38
1 引言
无线传感器网络成为如今社会上一种盛行的技术，已经成为大部分的国家重点科研的技术目标，其在家庭、健康、救灾、空间探索、军事、商业和环境等领域成为广阔的应用技术。国内外有很多单位都对无线传感器网络开展相对应的科学研究。
1．1 课题研究的背景与意义
由于无线传感器网络的发明，全世界的人类可以更好的、更直接的认识这个世界，提高了人们对世界认知和对世界做出的改善。到目前为止，无线传感器网络已经成为世界上大多数国家在绝大部分领域关注的对象，包括我国在内的国家早就把无线传感器网络当作重点来研究[1]。
在战争中，无线传感器网络终究会成为安排作战方式的主要技术[2]。它可以有效的让己方知道自己的的体系情况和作战方向，避免不必要的损失，保护自身的安全，将伤亡降到最低[1,3]。
在环境研究的地方，人类采用WSN能快速有效的得到有关环境的信息数据。它可以第一时间掌握一个地方的温度和降雨量，为当地人民的出行提供一个及时的而且可以信任的信息[1]。
在医疗的方面和在卫生的方面，因为无线传感器的存在，医生可以在病人的身上安装有关于传感器的相关器件，并且凭借这个含有传感器的器件随时的对病人的身体状况进行有效的掌握，可以了及时的对病人进行治疗，不耽误最佳的治疗时间。还可以利用无线传感器网络技术来预防疾病和解决疑难杂症[1,20]。
在外太空的领域方面，可以凭借航天器上的无线传感器来测量外太空的情况，让人类更加清楚的、有效的认识外太空[1]。
在各国的工业方面，WSN可以协助工业上的管理人员对工业现场的监督和控制，也能有效的、及时的预防一些不必要的事件发生，同时还能减少资源浪费，增加工业上的工作效率[1,22]。
在各自的家庭生活中，无线传感器网络也是和人类息息相关的，我们上网的条件都是通过无线传感器网络的，无线传感器网络终究会成为我们生活中必不可少的一部分，它也会给我们提供更加舒适的生活环境[1]。最后，因为无线传感器网络的特点：所以无线传感器网络在未来一定能有一个美好的前途[4]。目前，国内在石化、钢铁、水处理等行业企业的测量抄表工作绝大部分均由手工完成，自动化程度不到5%，费工、费时、费劲。随着自动化管理要求的提高，对测量的远程抄表、实时监控、统计分析、网络查询、手机查询等功能的需求越来越迫切[4]。随着无线传感器网络技术的发展，为实现流量监控的自动化、网络化、智能化，提供了新思路。
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