ZigBee无线传感器网络在工业领域中的应用
zigbee技术的原理及应用
Zigbee技术的原理及应用1. 引言Zigbee是一种低功耗、近距离无线通信协议，被广泛应用于物联网领域。
本文将介绍Zigbee技术的原理，并探讨它在各个领域的应用。
2. Zigbee技术的原理•Zigbee协议：Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的通信协议。
它使用2.4GHz、900 MHz和868 MHz无线频段进行通信。
•网络拓扑：Zigbee网络采用星状、网状和树状等多种拓扑结构。
其中，星状拓扑最常见，由一个中心设备（协调器）和若干个终端设备组成。
•网络通信：Zigbee采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）的通信方式，确保数据的可靠传输。
•低功耗：Zigbee设备的功耗非常低，可以通过休眠和睡眠模式来降低能耗，在电池供电的应用中具有较长的使用寿命。
3. Zigbee技术的应用3.1 智能家居•环境监测：通过Zigbee传感器可以实时监测室内温度、湿度、光照等环境指标，实现智能调控。
•安防系统：Zigbee技术可以用于家庭安防系统，包括智能门锁、烟雾报警器和入侵检测器等。
•能源管理：通过智能插座和用电监控装置，实现对家电的远程控制和能源使用的监测。
3.2 工业控制•无线传感网络：Zigbee技术可以应用于工业领域的无线传感网络，实现对设备状态的监测和控制。
•远程监控：利用Zigbee传感器，可以实现对工业设备的远程监控和故障诊断。
•自动化控制：Zigbee网络可用于自动化控制系统，实现对设备的自动控制和优化。
3.3 医疗健康•远程监护：Zigbee技术可以用于监测和传输患者的生理参数，如心率、血压和血氧饱和度等。
•医疗设备：利用Zigbee传感器和控制器，可以实现医疗设备的远程操控，提高医疗效率。
•健康管理：通过与智能手机和云平台的连接，可实现对个人健康状况的实时监测和管理。
3.4 农业领域•农业监测：Zigbee网络可用于农业领域的远程监测，包括温度、湿度和土壤湿度的实时监测。
基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用
控 ）２４Ｇ ｚ ，． Ｈ 频段采用十六进 制正交调制。２ ４Ｇ ｚ ． Ｈ 频段共有 １ 个不同的信道为全球统一 的无需 申请 的 ６ Ｉ 工业 、 Ｓ Ｍ（ 科学 、 医疗 ） 频段， 采用高阶调 制技术能提 供 ２０ｋｉ ｓ ５ ｂ／ 的传输速率， ｔ 有助于获得更高的吞吐量 、 更小 的通信 时延 和更短 的工作 周期 ， 从而 更省 电 。 ８８ＭＨｚ 欧洲 的 ＩＭ 频 段 ， ６ 是 Ｓ 只有 １ 信 道 ，１ ｚ 个 ９５ＭＨ
无线 网络 的 市场 发展 在逻辑 上 可分为 面 向语 音 的
市场和面向数据的市场两类。在许多以数据传输为主
的无 线 网络 中 ， 型 、 成 本 、 复 杂 度 的无 线 网络 的 小 低 低 应用 场合 十分 广泛 。Ｚｇ ｅ ｉＢｅ是其 中一种 具有 代表 性 的 短距 离无线 通 信 技术 ， 网 络 标 准 由 ＩＥ ０ ．５ ４ 其 Ｅ Ｅ８２ １．
Ｚｇｅ 技术是一种近距 离 、 ｉ ｅ Ｂ 低复杂度 、 低功耗 、 低
数 据速率 、 低成 本 的双 向无 线通 信技 术 ， 适合 于 自 主要 动控 制和 远程控 制领 域 ， 以嵌 入各 种设备 中 ， 可 同时支 持地 理定 位功 能 。相对 于现 有 的各 种 无 线 通信 技 术 ， Ｚｇ ｅ ｉＢｅ技术 将 是最低 功耗 和成本 的技 术 。
工 业 应 用 的 目的 。
关 键词 ： Ｅ ０ ． ５ ４ Ｚｇ ｅ ； 线传 感 器网络 Ｉ Ｅ８ ２ １ ． ； ｉ ｅ 无 Ｅ Ｂ 中图分 类号 ：Ｎ ２ Ｔ ９５
０ 引
言
９５Ｍ ｚ １ Ｈ 物理层 ２个标准 ， 它们都基于 Ｄ Ｓ （ ＳＳ 直接序
列 扩频 ） 使用 相 同 的物 理层 数据 包 格 式 ， ， 区别 在 于工 作频 率 、 制 技 术 、 频 码 ห้องสมุดไป่ตู้ 长 度 和传 输 速 率 。９５ 调 扩 １／ ８８ＭＨｚ ６ 频段 是基 于差分 编码 的 Ｂ Ｓ 二进 制 相移键 Ｐ Ｋ（
无线传感器网络技术的应用及前景分析
无线传感器网络技术的基本原理是利用无线传感器节点之间的无线通信，形 成一个自组织的网络，实现对环境或物体的感知和监测。这种技术具有很多优点， 如灵活性、可扩展性、自组织性、鲁棒性等。
无线传感器网络技术的应用非常广泛。在智能家居领域，可以利用无线传感 器网络技术实现对家电设备的远程控制和监测，提高家居的智能化水平。在环境 监测领域，可以利用无线传感器网络技术实现对空气质量、水质、气象等环境因 素的监测，为环境保护提供数据支持。在智能交通领域，可以利用无线传感器网 络技术实现对车辆的监测和控制，提高交通效率和安全性。
2、技术创新推动未来，无线传感器网络技术将不断进行技术创新和研发， 实现更高效、更稳定的网络连接和更精准、更快速的数据传输。例如，利用人工 智能技术对无线传感器网络数据进行处理和分析，能够实现更精准的预测和决策； 采用5G技术可以让无线传感器网络具有更高速的数据传输速度和更稳定的网络连 接。
3、应用场景拓展未来，无线传感器网络技术的应用场景将不断拓展，涵盖 农业、林业、海洋、能源等多个领域。例如，在农业方面，通过布置土壤、湿度、 气象等传感器，可以实现农作物的智能化生产和科学管理；在林业方面，通过安 装环境传感器和视频监控设备，可以实现森林环境的实时监测和火险预警；在海 洋方面，通过部署水文、气象、生物等传感器，
一、无线传感器网络技术的概述 无线传感器网络是指由一组能够 自组织形成网络的低功耗、微
二、无线传感器网络技术的应用 案例
1、智能家居领域在智能家居领域，无线传感器网络技术的主要应用包括环 境监测、电器控制、安全监控等。例如，通过在家庭环境中布置温度、湿度、光 照等传感器，可以实现对家庭环境的实时监测和控制；通过安装门窗传感器、红 外传感器等，可以实现家庭安全的有效监控。
ZigBee与OPC技术在工业管控系统中的应用
８８ ６ ＭＨＺ 欧洲 ） ９１ Ｍ ＨＺ 美 国） 均为免执 照频段 。 （ 和 ５ （ ，
Ｚ ｇ ｅ的 以上 技术特 点决定 了它将 是无 线传 感器 网络 ｉ Ｂｅ
的最好选择 【。 ２ １
（） 采用统一 的协议标 准实现 ２
５ 信 息 集 成 技 术 的 选择
工业 现场无 线技术方 案的选择 ： ０ ． ． 、红外 、 ８２ １ ４ ５ Ｈｏ ＲＦ ｍｅ 、蓝牙、８ ２ １ｂ ０ ． 、Ｈｉｅ Ｌ ｌ ｐ ｒ ＡＮ１ 。 等
（）低成 本 ， ｉＢ ｅ ４ Ｚｇ ｅ 协议简单 （ 不到蓝牙 的 １ ０ ， ／１）从
而降 低 了对 通信控 制器 的要 求 ， ８位 单片机就 能满 足要 求， 目前各 家半导体制造商所推 出的 Ｚｇ ｅ 芯片的价格 ｉＢ ｅ 都 在 ８美元 以下 ， 外围 电路简 单 ， 而且 Ｚ ｇ ｅ 协 议是免 ｉＢ ｅ
确 定其安 全属性 ；
（）免 执照频段 ， ９ 使用 的频段分 别为 ２ ４ ．ＧＨｚ全球） （ 、
在 应用程序 之 间传 输数据 ， 完成 应用程序 之 间的数据 交 换。Ｄ Ｅ集成方 式虽然具有 较强的实时 陛， Ｄ 且借助 ｗｉ－ ｎ ｄ ｗｓ ｏ 平台较容易 实现 ， 但是整个 协议转换 较复杂 ， 软件 开销 比较大 ， 以只适合 配置 简单 的小 型系统 。 所
图 ３ Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ无线网络
要考 虑 目前流 行 的几 种无 线 技术 的 传输 速度 、 适 用场 合 。将 它们 引入到 工业控 制 网络 时 ， 要结 合工业 控 制 网络 ， 低成 本 、可靠性 与实 时性 有保 证的重要 特征 来 仔 细 考 虑 。从 数 据 传 输 率 的 角 度 不 难 看 出 ， Ｈｉ ｅ ＬＡＮ２ ０ １ ｂ较适合 于 家庭娱 乐型 网络 ， ｐｒ 、８ ２． １ Ｈｏ ＲＦ、蓝 牙则适 合于数 据文件 和语音 的传 输。 而 ｍｅ 则 Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． Ｅ Ｅ ０ ． ４低数 据传输率 的监测和控 制 网络 的 ５ 首选 技 术 。 由于现 阶段 工 业监 控场 合 主要 的应 用 是机
zigbee协议规范及时间
zigbee协议规范及时间Zigbee协议规范及应用前景概述：Zigbee是一种无线通信协议，旨在实现低功耗、低带宽、低成本的无线传感器和控制网络。
其特点是简单、灵活、可靠，适用于各种物联网场景。
本文将介绍Zigbee协议的规范以及其在不同领域的应用前景。
一、Zigbee协议规范1. Zigbee协议栈Zigbee协议栈包括物理层、MAC层、网络层、应用层等。
物理层负责无线信号的传输和接收，MAC层提供无线电资源的管理，网络层处理路由和网络拓扑，应用层用于支持各种应用。
Zigbee协议栈灵活可配置，使其适用于各种不同的应用场景。
2. Zigbee网络拓扑Zigbee支持多种网络拓扑结构，包括星型、网状和混合型。
星型拓扑适用于点对点通信，网状拓扑适用于多节点之间的通信，混合型拓扑则是两者的结合。
Zigbee的网络拓扑结构灵活，可以根据实际需求来选择。
3. Zigbee安全性Zigbee协议提供了多层次的安全措施，包括加密通信、身份验证和密钥管理。
通过这些安全措施，Zigbee网络可以有效地防止未经授权的访问和信息泄露，提供了可靠的数据保护。
二、Zigbee在家居自动化中的应用1. 智能家居Zigbee作为智能家居的重要组成部分，在家庭中的应用前景广阔。
通过Zigbee协议，各种智能设备（如智能灯泡、智能门锁、温度传感器等）可以互联互通，并通过无线网络进行远程控制和监控。
智能家居带来了更加智能、便捷和舒适的生活体验。
2. 能源管理Zigbee协议在能源管理领域也有广泛的应用。
通过Zigbee无线传感器，可以实现对能源的实时监测和控制，提高能源利用效率。
同时，Zigbee还可以实现对能源设备的自动化控制，如智能电表的远程抄表和调控。
三、Zigbee在工业自动化中的应用1. 物联网工业控制Zigbee协议在工业自动化中发挥着重要的作用。
通过Zigbee无线传感器网络，可以实现对工业生产过程的实时监测和控制。
Zigbee技术的应用领域
Zigbee技术的应用领域
Zigbee技术Zigbee技术的目标就是针对工业，家庭自动化，遥测遥控，汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域应用领域。
另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。
符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输： 1．需要数据采集或监控的网点多； 2．要求传输的数据量不大，而要求设备成本低； 3．要求数据传输可性高，安全性高； 4．设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块； 5．电池供电； 6．地形复杂，监测点多，需要较大的网络覆盖； 7．现有移动网络的覆盖盲区； 8．使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。
9．使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。
Zigbee不仅只是802.15.4的名字。
IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。
Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
基于CC2530-ZigBee的无线传感器网络的工业环境监测系统
苏州科技学院 张靓 ，郝万君 ，王鑫 ，徐 伟
半导 体 电子行 业主 要面 向精 密微 范 围是 一 ０ ～＋１ ５ ，采 集 精 度 可 相 连并 布置在 监测 区 ，负责以特 定 的 ４℃ ２℃
．℃ 数 电子 、集成 芯片 、光 电元 器件等 产 品 达 ±０ ５ 。 其 采 用 ＳＰＩ 据 接 口与 时 间 间 隔 采 集 温 、 湿 度 传 感 器 的 测 量 的 制 造 。 在 产 品 的 生 产 、储 存 及 运 输 ＣＣ ５ ０ ｉ ｂ ｅ 块 进 行 通 信 ，大 大 信 息 并 将 此 信 息 存 储 在 本 地 Ｆ ａｈ 。 ２ ３一Ｚ ｇ ｅ 模 ｌｓ 上
２ 汇 聚 节 点 （ ｉｋ Ｎ ｄ ） Ｓｎ ｏ ｅ 汇 聚 节 点 布 置 在 测 量 区 域 的边
用 以接 收和 存储 传感 器节 点的监 测结 缘 ，负责 接收 和存 储 由各 个传感 器节
Ｚｇ ｅ ｉ Ｂｅ 技术 ，从Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 果 ；基 站节 点连 接汇 聚节 点与监 控 中 点 发送 的温湿 度测量 结果 。 当汇聚节 Ｅ Ｅ ０ ．５４ 基 础上 发展 起来 的 ，是 最新 的一种 近 心 的计 算机 ，负 责传 感器 网络与 信息 点 接收 到数据 传送 的命令后 ，向其上 距离 、低 复 杂度 、低功 耗 、低数据 速 管理计算机之 间的通信 。 率 、低成 本 的双 向无线 通信 技术 ，该
要 及时 了解 监测情 况时 ，传 感器节 点
路 冗 余 复 杂 ，不 适 合 大 范 围 多 数 量 放 ３ 汇 聚 节 点 以 及 １ 基 站 节 点 ，如 图 也 具 备 以 独 立 数 据 包 的 形 式 向 接 收 设 个 个
传感器与无线传感网络ZigBee介绍
Zigbee技术在智能农业中的应用
低功耗
Zigbee技术采用低功耗设计，延长了传感器节 点的使用寿命。
可靠性
Zigbee技术具有较高的通信可靠性和稳定性， 保证了数据传输的质量。
ABCD
无线传输
Zigbee技术实现传感器节点之间的无线通信， 降低了布线成本和难度。
自组网
Zigbee节点可自组织形成网络，无需中心节 点控制。
可靠传输
Zigbee传输速率低，但可靠性高，适用于环 境监测等对数据准确性要求高的场景。
低成本
Zigbee节点成本低，易于大规模部署。
环境监测的发展趋势
智能化
利用人工智能技术对环境数据进行深度分析，提 高预警和决策的准确性。
物联网化
将环境监测与物联网技术相结合，实现更广泛的 数据采集和远程控制。
数据中心架构
数据中心对接收到的数据进行处理、分析和可视化，为农业生产提供决策支持 。
传感器在智能农业中的应用
土壤湿度传感器
监测土壤湿度，为灌溉提供依据，避免过度 或不足灌溉。
光照传感器
监测光照强度，优化植物光合作用，提高农 作物产量。
温度传感器
监测农田温度，预测病虫害发生风险，及时 采取措施。
CO2浓度传感器
各子系统通过统一的通信协议和数据接口进行连接，实现数据共享和远程 控制。
传感器作为智能家居系统中的重要组成部分，负责采集环境参数和设备状 态信息，为系统提供数据支持。
传感器在智能家居中的应用
温度传感器
用于监测室内温度，实现温度自动调节和节能控制。
湿度传感器
用于监测室内湿度，保持室内舒适度。
什么是zigbee网络_它的工作原理及应用
什么是Zigbee网络: 它的工作原理及应用1. 简介Zigbee是一种无线通信协议，它是基于IEEE 802.15.4标准开发的，用于低功率无线传感器网络（LP-WAN）。
它的设计旨在为大规模的传感器网络提供低功耗、低数据传输速率和安全的通信解决方案。
目前，Zigbee已被广泛应用于物联网、家庭自动化和工业控制系统等领域。
2. Zigbee网络的工作原理Zigbee网络采用了星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备连接到该协调器。
Zigbee设备之间通过无线信道进行通信，在工作过程中，协调器负责网络协议的管理和数据的传输。
Zigbee网络使用低功耗的射频技术进行通信，工作频率通常为2.4 GHz，传输距离一般在10-100米之间，但可以通过增加中继器来扩展覆盖范围。
3. Zigbee网络的应用Zigbee网络在多个领域有着广泛的应用，下面列举了一些主要的应用场景：• 3.1 物联网Zigbee作为物联网中的关键技术之一，广泛应用于智能家居、智能城市和智能农业等领域。
通过连接多个设备，如传感器、执行器和控制器，Zigbee网络可以实现远程监控、智能能源管理和自动化控制等功能。
• 3.2 家庭自动化Zigbee网络在家庭自动化中的应用越来越受欢迎。
它可以连接各种设备，如智能灯泡、智能插座和智能门锁等，通过无线通信实现对家居设备的远程控制和智能化管理。
• 3.3 工业控制系统Zigbee网络在工业控制系统中也有着广泛的应用。
它可以用于监测和控制各种设备，如温度传感器、湿度传感器和压力传感器等。
通过无线通信，工业系统可以实现实时监测和远程控制，提高生产效率和安全性。
• 3.4 智能健康监测Zigbee网络还可以应用于智能健康监测领域。
通过连接各种健康监测设备，如心率检测器、血压计和血糖仪等，Zigbee网络可以实时监测用户的健康状态，并将数据传输到医疗机构进行分析和处理。
• 3.5 环境监测Zigbee网络也被广泛应用于环境监测领域。
ZigBee技术在工业监控网络中的应用
计 算 机 系 统 应 用
Ｚ Ｂ ｅ技术在工业监控 网络 中的应用① ｉ ｅ ｇ
贺才军 １ 方厚辉 １ 管于球 ２ 黄 丽 １ １湖南大学 电气与信 息工程 学院 湖南 长沙 ４ ０ ２ （． １ ８： ０ ２长 沙高 新开发 区天 富电子科技有 限公 司 湖南 长沙 ４ ０ ３ ． １ ０） ０
２Ｔｉｎ ｕＥ ｅ ｔ ｎｃＴ ｃ ｎ ｌｇ ．Ｌ ｄ Ｃｈ ｎ ｓ ａＨｉｈ ｔｃ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ， ａ ｇ ｈ １ ０ ３ Ｃｈｎ ） ． ａ ｆ ｌｃｒ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙＣｏ ， ｔ． ａ ｇ ｈ ｇ ・ ｈＤｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｅ Ｚｏ ｅ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４ ０ ０ ， ｉａ
摘 要 ： 介 绍 了Ｚｇ ｅ 技 术及其特点 ， Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ 对 ｉＢ ｅ网络结构进行 了分析 ， 利用 Ｃ ４ ０设计 了一种基 于 Ｚｇ ｅ Ｃ２ ３ ｉＢ ｅ 技 术的工业监控 网络 系统 。 详细地介绍 了系统各节点的硬件 设计 ， 基于 ＭＳ Ｔ Ｔ — Ｒ ＡＮ协议栈节 Ｓ Ａ Ｅ Ｌ ＷＰ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓｐ ｐ ｒｉ ｔｏ ｃ ｓｔ ｅＺｉ Ｂｅ ｅ ｈ ｏｏｇ ｎ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ Ｉ ｎ ｌｚ ｓｔ ｅＺｉ Ｂｅ ｅ ｗｏ ｋｓｒ ｃｕ ｅ ｓｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ｎｒ ｄｕ ｅ ｈ ｇ ｅｔｃ ｎ ｌ ｙａ ｄ ｉ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔｃ ． ｔａ ａｙ ｅ ｈ ｇ ｅｎ ｔ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｉ
点的应 用程序设计 ，设计 了 Ｐ Ｃ机 与协调 器节点 间的通信协议 ，最后给 出了网络 系统 的测试 结果。
关键 词 ： Ｚｇ ｅ ；Ｃ ２ ３ ；ＭＳ Ｔ Ｔ — Ｒ Ｐ 协议 栈 ；工 业监 控 ｉＢ ｅ Ｃ ４ ０ Ｓ Ａ Ｅ Ｌ Ｗ ＡＮ
无线传感网络在工业监控中的应用
无线传感网络在工业监控中的应用在当今高度自动化和智能化的工业生产环境中，无线传感网络正逐渐成为工业监控领域的一项关键技术。
它为工业生产带来了更高的效率、更可靠的安全性以及更优化的资源利用。
无线传感网络，简单来说，就是由多个分布在监测区域内的传感器节点组成的网络系统。
这些传感器节点能够感知、采集和传输各种物理量和环境信息，如温度、湿度、压力、振动、声音等。
与传统的有线传感系统相比，无线传感网络具有部署灵活、成本低、维护方便等显著优势。
在工业监控中，无线传感网络的应用范围非常广泛。
首先，它可以用于设备的状态监测。
在工厂中，各种大型设备如机床、压缩机、风机等的正常运行对于生产的连续性至关重要。
通过在这些设备上安装传感器节点，可以实时监测设备的运行参数，如转速、温度、振动幅度等。
一旦这些参数超出正常范围，系统能够及时发出警报，提醒工作人员进行维修或保养，从而避免设备故障导致的生产中断，降低维修成本，延长设备的使用寿命。
其次，无线传感网络在工业环境监测方面也发挥着重要作用。
工厂内的环境条件，如空气质量、噪声水平、光照强度等，会直接影响到工人的健康和工作效率。
利用无线传感网络，可以对这些环境参数进行实时监测，并根据监测结果及时采取相应的措施，如通风换气、降噪处理等，为工人创造一个良好的工作环境。
再者，无线传感网络在工业生产过程的监控中也具有不可替代的地位。
例如，在化工生产中，反应釜内的温度、压力、反应物浓度等参数需要精确控制，以确保反应的顺利进行和产品质量的稳定。
通过在反应釜内安装传感器节点，可以实现对这些参数的实时监测和反馈控制，从而提高生产过程的稳定性和产品的一致性。
此外，无线传感网络还可以用于仓库管理。
在仓库中，通过安装传感器节点，可以实时监测货物的存储环境，如温度、湿度等，确保货物的质量不受影响。
同时，还可以对货物的位置和数量进行监测，实现库存的精确管理，提高仓库的运营效率。
然而，要实现无线传感网络在工业监控中的有效应用，还面临着一些挑战。
无线技术在工业自动化中应用
无线技术在工业自动化中的应用摘要：在计算机、通信和网络技术发展的推动下，工业通信技术正朝着智能化和网络化的方向不断发展。
其代表之一就是无线技术在工业自动化中得以广泛应用。
关键词：无线技术；工业自动化；应用中图分类号： tn014 文献标识码： a 文章编号：在计算机、通信和网络技术发展的推动下，工业通信技术的发展经历了20世纪六七十年代的模拟仪表控制系统，20世纪八九十年代的集散控制系统（dcs)和20世纪末的现场总线控制系统(fcs)阶段。
正朝着智能化和网络化的方向不断发展。
随着测控系统规模的不断扩大。
降低投资和使用成本成为工业通信技术发展新阶段的迫切要求。
据美国市场研究机构freedonia集团统计。
2001年全球工业用传感器的市场份额是110亿美元，而安装和使用成本(主要是布线成本)超过1000亿美元，成为阻碍工业通信技术发展的主要难题。
在这一背景下无线传感器网络的低成本、易用、泛在感知等特征引起了人们的广泛关注。
美国能源部（doe )在2002年发布的“面向21世纪的工业无线技术”白皮书中首次提出将无线传感器网络应用于工业自动化领域。
并将适合在恶劣的工业现场环境使用具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等特点的一类特殊的无线传感器网络技术称为工业无线技术。
利用无线传感器网络的低成本、易用和泛在感知等特征人们可以以较低的投资和使用成本实现对工业全流程的全面监测，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程参数，并以此为基础实施优化控制来达到提高产品质量。
降低工业生产过程中的跑冒滴漏、提高能源效率的目标。
1 无线技术在工业自动化领域中的应用具有重要意义1．1 有效降低成本。
工业自动化领域中无线技术的应用，与传统有线的通信技术相比较，该技术不需要物理路线，不仅能有效的去除铺设电缆的繁琐步骤，还能消除工业环境对无线技术的影响。
由此可见，该技术不仅具备较强的环境适应能力，且故障的诊断也可以实现远程诊断，大大的降低了成本。
2024年ZIGBEE市场分析现状
ZIGBEE市场分析现状1. 引言ZigBee是一种低功耗、近距离无线通信协议，广泛应用于物联网领域。
本文旨在对当前ZigBee市场进行分析，突出其现状以及发展趋势。
2. ZigBee市场规模ZigBee市场自诞生以来一直呈现稳定增长的趋势。
据市场研究公司的数据显示，截至目前，全球ZigBee市场规模已经达到X亿美元，并预计未来几年将保持持续增长。
这表明ZigBee在物联网领域的重要性以及市场需求的不断增加。
3. ZigBee应用领域ZigBee在许多领域都有广泛的应用，其中最主要的包括智能家居系统、工业自动化、智能城市以及医疗保健领域。
3.1 智能家居系统随着人们生活水平的提高，对智能家居系统的需求不断增加。
ZigBee作为一种低功耗、稳定可靠的无线通信协议，被广泛用于智能家居设备之间的互联互通。
智能灯具、智能门锁、智能家电等设备都可以通过ZigBee互联，实现智能化控制与操作。
3.2 工业自动化在工业自动化领域，ZigBee的低功耗特性使其成为无线传感器网络的理想选择。
工业设备中的传感器可以通过ZigBee网络进行数据传输与控制，实现设备之间的高效协同操作。
3.3 智能城市随着城市规模的不断扩大，对智能城市解决方案的需求也越来越迫切。
ZigBee的低功耗和广域覆盖能力使其成为智能城市中的重要组成部分。
通过ZigBee技术可以实现智能环境监测、智能交通管理、智能能源管理等功能，提升城市的智能化水平。
3.4 医疗保健领域随着人口老龄化趋势的加剧，医疗保健领域对于智能化解决方案的需求也在不断增加。
ZigBee技术被广泛应用于医疗设备的监测与控制，如远程医疗、健康监测等，为人们提供便利的医疗保健服务。
4. ZigBee市场竞争格局目前，ZigBee市场竞争格局相对较为稳定，主要有几家厂商在市场中占据主导地位。
这些厂商拥有成熟的技术和产品线，并且在市场上有较强的品牌影响力。
同时，新的竞争对手也在不断涌现，他们通过技术创新和产品差异化来争夺市场份额。
zigbee发展现状
zigbee发展现状Zigbee是一种低功耗、低速率无线通信技术,用于物联网设备之间的通信。
它专注于短距离通信，并且可以在较长时间内使用一个小型电池。
在过去的几年中，Zigbee发展迅速，并逐渐成为物联网领域的主流通信技术之一。
它具有以下几个主要的发展趋势和现状：首先，Zigbee在家庭自动化领域得到了广泛应用。
越来越多的消费类电子产品和家居设备支持Zigbee通信，比如智能灯泡、智能插座、智能门锁等。
Zigbee技术使得这些设备可以方便地与用户的手机或智能家居控制中心相连，实现远程控制和自动化管理。
其次，在工业和商业领域，Zigbee正在被广泛应用于物流追踪、环境监测等领域。
Zigbee的低功耗特性使得它非常适合长期运行在没有外部电源的设备上，比如无人机、传感器网络等。
此外，Zigbee联盟致力于推动Zigbee技术的标准化和推广。
与其他通信技术相比，Zigbee的主要优势之一是它的互操作性。
不同厂商的设备可以通过Zigbee协议相互连接和通信，为用户提供更广泛的选择和兼容性。
然而，尽管Zigbee有许多优势和应用前景，但它仍面临一些挑战。
首先是与其他无线通信技术的竞争。
目前市场上有许多物联网通信技术可供选择，如Wi-Fi、蓝牙和Z-Wave等。
这些技术也在不断发展和改进，与Zigbee竞争激烈。
其次，安全性和隐私问题仍然是Zigbee所面临的重要挑战。
由于物联网设备涉及到用户的个人信息和隐私，确保通信的安全性和数据的保护非常重要。
Zigbee联盟正在努力提高Zigbee的安全性标准，以保护用户的利益。
综上所述，Zigbee作为一种低功耗、低速率无线通信技术，在物联网领域有着广阔的应用前景。
通过不断创新和改进，Zigbee有望在未来推动物联网发展，实现更智能、便捷的生活和工作方式。
无线传感器网络技术的原理与应用场景
无线传感器网络技术的原理与应用场景无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络。
它的主要特点是无线传感器节点具备感知环境信息并实时传输数据的能力。
本文将介绍无线传感器网络技术的原理和一些常见的应用场景。
一、无线传感器网络技术的原理无线传感器网络技术主要依靠传感器节点感知环境信息，并通过无线通信传输数据。
其原理主要包括以下几个方面：1. 传感器节点：无线传感器网络由大量的传感器节点组成，这些节点通常包括处理器、传感器、电池和无线收发器等组件。
传感器节点通过感知器件感知并采集环境信息，然后将采集到的数据通过无线通信模块发送到基站或其他节点。
2. 网络拓扑结构：传感器节点之间的通信通常采用无线自组织的结构，构成了一个自组织、去中心化的网络。
常见的网络拓扑结构包括星型结构、树型结构和网状结构等。
3. 无线通信技术：无线传感器网络的通信主要依靠无线技术实现。
传感器节点之间可以通过无线信道进行通信，常用的通信技术包括无线局域网（WiFi）、低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）和Zigbee等。
4. 数据处理与传输：传感器节点采集到的数据通常需要进行处理和压缩后再传输，以减少能耗和网络传输开销。
一般会采用数据融合和数据压缩等技术来实现对数据的处理和传输。
二、无线传感器网络的应用场景无线传感器网络技术具有广泛的应用前景，以下是一些常见的应用场景：1. 环境监测：无线传感器网络可以被广泛应用于环境监测领域，如气象监测、水质监测、土壤监测等。
通过布置在不同位置的传感器节点，可以实时监测和采集环境参数，如温度、湿度、气压等，为环境监测提供数据支持。
2. 智能交通：无线传感器网络可以应用于智能交通系统中，实现交通流量监测、车辆跟踪和道路安全等功能。
通过在道路上部署传感器节点，可以收集车辆的信息，实时监测道路的交通状况，并进行交通调度和预警。
基于ZigBee技术的无线传感器网络在油田的应用研究
在苏里格７ 区块单井通信采用Ｍｃ Ｌ 无线通信系 ５ ＷｉＬ
统 ，在 １ 号集 气站７ ．ｂ ０４ 丛式 井组 ，由于大 沙丘遮 挡 ，
瓣
与基站通信效果 十分差 ，在与之相距不到５ ０ 的７ ａ ０米 ０４
（ 上接 ７ 页 ） ２
２２ ．电缆 与附件的配合 据调查 电气化铁路 的电缆击穿故障 中有的与电缆附 件有关。总的来讲有 以下几个方面 ： １ ）电缆附件质量 问题 。市场上 的电缆 附件质量参
三 、结束 语
随着２ ． Ｖ电缆在我国电气化工程 中的使用 日益增 ７ｋ ５ 多 ，从工程应用角度来 看对 电缆 电气及结构 方面的研究 对工程 中的应用具有指导意义 。从 国外电气 化铁路 以及
国内电力 系统 、城市轨道交通 系统的成功运行经验看 ， 电缆 本身可靠性是要高于架空导线的 。所以只有我们对
方式 。
Ｚｇ ｅ技术是一种低成本 ，低功耗 ，低 复杂度 的无 ｉ ｅ Ｂ
线技术 ，它是一组基 于ＩＥ ０ ． ． Ｅ Ｅ ８ ２１ ４ ５ 无线标准研制开发
的。全世界通用频段是２０ ．４ ３５ Ｚ ４ ０２ ８ ． ＭＨ 。
１ 术特 点 ： ． 技
（ ）基于ＺｉＢ ｅ 二 ｇ ｅ 技术 的无线 传感器 网络在 油 田
线网络（ 如光 纤 、Ｍｃ ｌ Ｗｉ网络 、公众 电信 网 、因特 网、 ｌ
油气 田生产 行业 特点 ：很多 油 田所 在地 区气候 环
境 恶劣 ，雪 、雾 、风沙等 自然现象较 为普遍 ，且气温波
动较大 ；很 多工 区尤其是天然气集气站一般地处偏远 ，
卫星 网络） 将数据送 至地面监控 中心 的管理 节点 ，用户
其提供的业 务进行监控 、管理和完成业务 的承载与合作 实施 ，并通过通信 网络扩展无线传感器 网络所提供 的业
基于ZigBee的传感器网络在石化工业中的应用探讨
关键 词： 无线传感 器网络；蓝 牙； 无线 高保 真；超 宽 带；Ｚｇ ｅ＋ ｉ ｅ Ｂ
中图法分类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０７２ （０７ ０—４ ９０ １０ —０ ４ ２ ０） ２０ ０—３
Ｉ ｖ ｓｉ ａｉ ｎｏ ｐ ｌｃ ｔ ｎｏ ｇ ｅｗ ｉｅｅ ｓｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓｉ ｅｒ ｃ ｅ ｉａ ｄ ｔｙ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｎ ａ ｐ ｉａｉ ｆ ｏ ＺｉＢｅ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｗｏ ｋ ｐ ｔｏ ｈ ｍ ｃ ｌ ｎ ｕｓｒ ｎｅ ｎ ｉ
及 ， 别 是 嵌 入 式 计 算 技 术 和 传 感 器 技 术 的广 泛 应 用 ， 有 感 特 具
ｈ ｓ ｅｎｗｉｅｙａｔ ｃｅ ｅｗｏｌ ．Ｔ ｅａ ｖ ｎａ ｅ ｆ ｒｌｓ ｅ ｓｒ ｅ ｏｋ ＷＳ ａ ｅ ｄ ｌ ｔ ａ ｔｄｉ ｔ ｒｄ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｅｅ ｓｓｎ ｏ ｔ ｒ ｓ（ Ｎ）ａｅｄｓｕ ｓ ｄａ ｄｔｅａ ｐｉａｉｎｐ ｏ ｐ ｃｓ ｂ ｒ ｎｈ ｏ ｗｉ ｎｗ ｒ ｉｃ ｓｅ ｎ ｐ ｌ ｔ ｒｓ ｅ ｔ ｈ ｃ ｏ
张 克 李 洋 陈 炼 徐 熙 宗 ， ， ，
（．北京石 油化 工 学院 信 息工程 学院 ，北京 １２ １；２ 国全 南大 学 ，韩 国 全 罗南道 丽水 市 ５ ０７ ９ １ ０ ６ ７ ．韩 ５ —４ ）
摘 要 ： 随着计算机 技术 、 信技 术与 网络技 术 的飞速发展 ， 通 无线 传感 器网络 受到 了国际上的广 泛 关注。在概述 了无线传感
器 网络 的优势及 其在石化 领域 的应用 前景基础 上 ， Ｚｇ ｅ 及 现有无 线通信 技术 的特性进行 了分析 。重 点介绍 了 Ｚｇ ｅ 技 对 ｉＢ ｅ ｉＢ ｅ 术协议 和特 点，并利用 目前 市场上所 能提供 的器件 和开发 套件设 计 出了一种应 用于石化 工 业中的传 感器 网络方案 。最后 ， 通过 实验验证 了方案 的正确性 和可行 性。
ZigBee技术在工业控制领域的应用研究
由 个 ５个命令 选通寄 存器 、１ ・ 低功耗 。在低耗 电待 机模式 下 ， 状 和 网状 网络 结构 ， 一 主节点 管理 配 置寄存 器 、１ ２
节５ 号干电池可 支持 １ 个节 点工作 ６ ４ 若干 子节点 ， ～２ 最多一个 丰节点可管理２ ４ 个 １ ８ ５ ２ 字节的 ＲＸ ＲＡＭ、１ １ ８ 个 ２ 字节
工作数小时 。 的大 网。
・低 成本 。 通过大幅 简化协议 （ 不到
・ 高安全 。 ｉＢ ｅ Ｚ ｇ ｅ 提供 了二级 安全
蓝 牙的 １ ０ ， ／１ ） 降低 了对通 信控制 器的 模式 ， 包括 无安全 设定 、使 用接入 控制 要 求。按预测 分析 ， ８ ５ 的 ８位微控 清单 （ Ｌ 防止 非法获 取数据 以及采用 以 ０１ ＡＣ ） 制 器测算 ， 全功能的主 节点需要３ ＫＢ ２ 代 高级 加密标 准（ Ｓ ２ ） ＡＥ １ ８的对称 密码 ， 以
用 了 Ｉ Ｅ ８ ２． １ ． ４协 议 作 为 其 物 理 的距离 。如果 通过路 由和节点 问通信 的 电模式供选 择 。除 了具 有丰富 的片上存 Ｅ Ｅ０ ５
层和 媒体接 入层规 范 。在其 基础 之上 ， 接 力 ， 输 距 离 将 可 以 更 远 。 传
Ｚ ｇ ｅ联 盟 制 定 了 数 据 链 路 层（ Ｉ 、 ｉＢｅ ＤＬ ）
ＰＩ Ｆ ６ ０和 ＣＣ２ ２ Ｃ１ ４ ２ ８ ４ ０是本 文设
大多数时 间处于睡眠模 式 ，尤其 适用于 速 率 传 输 数 据 的 应 用 需 求 。 那些 不 需要 实 时 传输 或 连 续 更新 的 场 合 ，如 工 业 控 制 领 域 和 传 感 器 网络 。
计 巾最 为关键 的两个部 件。 Ｉ ８ ４ ２ Ｐ Ｃ１ Ｆ ６ ０
ZigBee无线传感器网络在工业监控系统中的应用
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ，ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｄ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｈ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｂ ａ ｄ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ，
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ３ ９ ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ － ８ ０ ８ Ｘ（ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ 卜０ ０ １ ９ ・ Ｏ ４
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｚｉ ｇ ｓｅ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
ｓ ｔ ａ ｃ ｋ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ。ＶＣ＋ ＋ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ Ｏ ｗｒ ｉ ｔ ｅ ＰＣ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ ｗｉ ｒ ｅ — ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ １ ２ ０ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ
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口 ,J TA G 调试接口和 L CD 显示.
下面对 ZigBee 在工业领域中的应用从可靠性 、实时
性 、节能性 、组网和路由等几个方面进行进一步的分析.
(1) 可靠性 :大部分的工业控制应用要求数据的可
靠传输率要超过 95 %. 但是工业设备通常置于很恶劣的
图 5 ZigBee 协调器硬件结构图
Bee 协调器是整个网络的中心 ,负责网络的组织和维护. 路由器负责
网络中数据包的路由选择 ,并能够用来拓展网络的范围. 而终端设备
则是实现具体功能的单元. 根据功能来划分又分为全功能设备 ( FFD)
和精简功能设备 ( RFD) . 协调器和路由器必须为 FFD 而终端设备可
以是 FFD ,或者是 RFD.
电磁环境中 ,干扰严重. 为了保证通信的可靠性 , ZigBee 采用了多种措施 ,首先是物理层采用高处理增益的直序/
频率快变技术 ,能够在一定程度上抵抗干扰. 另外 ,MAC 层和应用层具有应答重传功能 ,MAC 层的 CS2
MA 机制使节点发送之前先监听信道 ,也可以起到避开干扰的作用. 网络层采用了网状型的组网方式 ,可
№. 5 陕西科技大学学报 Oct . 2008
·110 · J OU RNAL O F S HAAN XI UN IV ERSIT Y O F SCIENCE & TEC HNOLO GY ‘ Vol. 26 3 文章编号 :100025811 (2008) 0520110204
整个系统主要可以分为 ZigBee 无线传感器节点和 ZigBee 协调 器两部分.
3. 1 ZigBee 无线传感器节点
图 3 基于 ZigBee 的工业现场监测
ZigBee 无线传感器节点由烟感传感器和 ZigBee 终端设备组
系统结构
成 ,如图 4 所示. ZigBee 终端设备选用德州仪器 ( TI) 公司的 ZigBee
无线传感器网络 ( Wireless Senso r Network ,WSN) 由于具有降低投资成本 、结构灵活 、易于改造 、无 需布线的优势 ,现已成为工业领域关注的焦点. WSN 是由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节 点 ,通过无线通信技术自组织构成的网络系统. 在工业领域 ,使用它可以以较低的投资和使用成本实现对 生产全流程的远程监测 ,获取重要的工业过程数据 ,并能够以此为基础实施优化控制 ,达到提高产品质量 、 降低工业生产成本和提高能源效率的目的.
同样误码率 ,蓝牙信噪比要达到 16 dB ,IEEE802. 11 要达到 10 dB. 因此 ZigBee 的抗干扰性能明显高于蓝
牙和无线局域网技术.
(2) 节能性 :工业现场的无线设备由于成本和环境的限制 ,通常不采用外接电源的方式 ,而是靠自身
携带的电池供电. 从运行和维护成本方面考虑 ,无线设备其自主运行的寿命应达到 3～5 年. 因此 ,如何利
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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陕西科技大学学报
第 26 卷
后将其经过工业以太网络发送到监控中心 ,实现工业现场远程监 测.
同时也方便与现有的工业网络进行数据传递.
要实现与 ZigBee 网络中的其它节点的通信 ,ZigBee 协调器必须具备无线信息收发的功能 ,此功能模
块采用的是 CC2420 无线通信芯片 ,控制单元通过 SPI 协议接口 ,对 CC2420 芯片进行信息收发控制. 协调
器通过 CS8900A 以太网控制器实现与外部工业以太网的连接. 协调器还根据实际需要设计了 RS232 接
(1) 物理层 :遵循 IEEE 802. 15. 4 协议 ,是协议的最底层 ,承担着与外界直接作用的任务 ,负责数据的
3 收稿日期 :2008 - 06 - 18 作者简介 :李 斌 (1971 - ) ,男 ,陕西省咸阳市人 ,高级工程师 ,硕士 ,研究方向 :网络通信技术 基金项目 : 陕西省工业攻关项目 (2006 K05 - G18) ,陕西科技大学自选科研项目 ( ZX06 - 27)
ZigBee 无线传感器网络在工业领域中的应用
李 斌1 , 田亚萍2
(1. 陕西科技大学电气与信息工程学院 , 陕西 西安 710021 ;2. 咸阳市公安局 , 陕西 咸阳 712000)
摘 要 :介绍了工业领域中无线传感器网络的优势 ,对无线网络技术 ZigBee 及其相关标准 IEEE 802. 15. 4 进行了性能分析和研究 ,着重探讨了基于 ZigBee 的无线传感器网络构建及其 在工业领域中的应用. 关键词 :无线传感器网络 ; ZigBee ; 以太网 中图分类号 : TP393. 02 文献标识码 :A
环境复杂多变 、工业环境下链路质量不稳定 、多样化的信息和多样化的实时性要求 、能量效率和负载均衡
等问题. (4) 应用会聚层 :主要负责把不同的应用映射到 ZigBee 网络上 ,主要包括安全属性设置和多个业务
数据流的汇聚等功能. (5) 应用层 :主要是实现网络上不同设备间的通信 、应用信息获取和设置服务. 工业应用要求应用层
0 引言
随着工业测控系统规模的不断扩大 ,降低投资和使用成本成为工业通信技术发展的迫切要求. 有线网 络由于安装和使用成本 (主要是布线成本) 高昂 ,现已成为阻碍工业通信技术发展的主要难题. 另外有线网 络在组网时需要布线 ,这在很大程度上限制了设备移动和网络结构的灵活变化 ,尤其在一些特殊的工业环 境中 ,如工业设备需要做旋转 、移动或工作于强腐蚀性环境 ,布线将更为困难.
3 无线传感器网络在工业中的应用设计
图 2 ZigBee 拓扑结构
由于组建工业领域大型网络过于复杂 ,所以本文以一个简单的 工业现场消防烟感监测系统为例 ,说明 ZigBee 无线传感器网络的设计 ,整个系统的结构如图 3 所示. 系统 设计时选用一个协调器与一个节点进行通信 ,这样如果能够通信成功的话 ,对多节点的 、更复杂的工业现 场网状网络有很重要的参考意义.
结构图
必须高 于 网 络 中 其 它 类 型 的 设 备. 本 系 统 选 用 三 星 公 司 的 A RM92
S3C2410X 作为协调器的 CPU ,这是因为 A RM 有如下优点 :运行速度快 、存储空间大 、很方便与 Internet
互联等 ,所以用它来作为协调器的控制器能提高整个系统的运行处理速度 ,并且能完成复杂的路由算法 ,
协议提供对连续 、离散等不同控制应用的支持.
2 ZigBee 网络拓扑结构
ZigBee 技术具有强大的组网能力 ,支持星型 、簇状型 、网状型 3 种网络拓扑结构 ,如图 2 所示 ,每种网
络都有各自的优点. 由于网状型网络从源节点到达目的节点可以有多条路径 ,路径的冗余加强了网络的可
靠性 ,如果原先的路径出现了问题 ,比如受到干扰 ,或者其中一个中间节点出现了故障 ,则 ZigBee 可以切
3. 2 ZigBee 协调器
通过 ZigBee 无线通信系统的功能分析 ,结合工业现场的实际需求 ,协
调器所应采用的硬件结构如图 5 所示. 由于 ZigBee 协调器作为 ZigBee 网
图 4 ZigBee 终端设备硬件 络的“大脑”担负了许多任务 ,因此 ,负责管理这个“大脑”的控制器的性能
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调制 、发送与接收工作.
信 、休眠等节能机制 ,满足更为严格的可靠性 、实时性和节能性要求.
图 1 ZigBee 协议架构
(3) 网络/ 安全层 :由 ZigBee 联盟制定 ,主要实现节点加入和离开网络 ,提供网络的传输路由 ,保证数
据的完整性. 鲁棒 、实时是工业应用对网络层的主要要求 ,网络层协议的设计需要解决资源严格受限 、工业
(2) 数据链路层 : IEEE802 系列标准把数据链路层分成 LL C (逻辑链路控
制) 和 MAC (媒介接入控制) 两个子层. LL C 子层在 IEEE802. 2 标准中定义 ,为
802 标准系列共用 ;而 MAC 子层则由 IEEE 802. 15. 4协议定义. 对于工业应用
数据链路层协议需要充分考虑极端的工业无线通信环境 、多样化信息的实时通
系统工作过程如下 :该系统把带有 ZigBee 协议的模块嵌入到烟感传感器中 ,作为无线传感器网络的 一个节点. 当发生火灾时 ,传感器监测到烟雾信号发生变化 ,它触发节点芯片的中断 ,从而激活节点芯片 , 芯片会自动进入数据采集程序 ,当数据采集结束后 ,通过 ZigBee 无线收发模块 ,把打好的数据包发送出 去. ZigBee 协调器是 ZigBee 网络与外部工业以太网络的接口 ,作为系统的核心负责整个网络的管理以及 数据的转发 ,它通过收发模块接收多个节点的数据 ,由嵌入式控制器对接收到的数据进行必要的处理 ,然
靠性高. 为了进一步加强其可靠性 ,在最新的 ZigBee2007 协议栈规范中 ,引入了一个新的特性 ———频率捷
变. 频率捷变就是改变频率 ,当 ZigBee 网络受到外界干扰 ,无法正常工作时 ,整个网络可以动态地切换到