基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计
基于ZigBee的数据采集系统
商 以及服 务供应商 等在 内的一条完整 的产业链．
在其他无线通信技术不断追求高速率 、 远距离的同
时，Ｚｇ ｅ 却 向着 低速 率 、近距离 的 方向迈 进 ， ｉＢ ｅ 其 目的就 是 为 了大幅 降低 无线终 端 的成本 和功 耗 ．
越来越 多的应用， 如温度 、 湿度 、 气体浓度 、 亮度 、 压力等各种各样小数据量信 息的采集， 及传输可 以采用这种低功耗 、 低传输速率的无线传感器网络．
Ｚｇ ｅ 联盟 成立 于 ２ ０ 年，在其创始 之初 ， ｉＢ ｅ ０ １ 加 入该 联盟 的有 英国 Ｉｖ ｎｙ 、日本 三菱 电气 、美 国 ｎ ｅｓｓ 摩 托 罗拉 以及 荷 兰 飞 利浦 等 ３ 多家 企 业 ．如 今 ， ０
芯片及 Ｊｎ ｉ的 Ｊ ５ 芯片等其他同类产品相比， ｅｎ ｃ Ｎ １ｌ ２ 它具备了集成度高 、 功耗低 、 功能强等优点， 同时
在 这些 应用场 合 中， ｉＢ ｅ网络与 现有 的各种 无 线 Ｚｇ ｅ 网络相 比，有 着独特 的优 势，即低 功 耗 、低速 率 、 低成本 ．由于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ设备工 作 时 问较短 ，收 发信
１ 硬 件设 计
数据采集节点主要 由传感模块 、 数据处理存储
息功耗较低且采用休眠模式， 使得它非常省电， 电 池可使用长达 ６个月至 ２年左右． ｉ ｅ Ｚｇ ｅ工作在 Ｂ ２ ０ ｂｓ ５ ｐ 的通信速率， ｋ 足已满足低速率通信传输的
长 的应 用； 可编 程 的 Ｉ ２个 １ ／ Ｏ口可连接 多个传 感器 ； 内带 ８ Ａ Ｄ转换 器，转换 位数 ８位至 １ 可选， 路 ／ ４位 可 以 将 传 感 器 送 来 的 模 拟 信 号 转 换 为 数 字信 号 ；
包含增 强型 ８ ５ ０ ｌ内核 ， 每个 时钟 周期为 １个机 其
基于ZigBee的PLC无线数据采集系统设计
数据采集和传输 的方案 。本设计 以射频芯片 Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０为核心设计 了基于 Ｚｇ ｅ 无 线传输协 议 的 Ｐ Ｃ数 据采集系 ｉＢ ｅ Ｌ 统， 实现 了包括 区域 内的温度数据 检测 、 基于 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ的无线 的数据传输 、 Ｓ３ Ｂ Ｒ ２ ２协议与 Ｒ ４２和 Ｒ ４ ５协议之间 的 Ｓ２ Ｓ８
第２ ９卷第 ６期
Ｖｏ ． ９， ． １ ２ Ｎｏ ６
西 华 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊｕ ｎ ｌｏ ｈ ａＵｎｖ ｒｉ ・ Ｎａｕａ ｃｅ ｃ ｏ ｒａ ｆＸｉｕ ｉｅｓｔ ｙ ｔｒｌ ｉｎ ｅ Ｓ
２１ ００年 １ １月
ＮＯ ． Ｏ１ Ｖ２ ０
文 章 编 号 ：６ ３１９ （ ００ ０ －０ ８ ４ １７ — Ｘ ２ １ ）６０ ２ － ５ ０
Ａｂｓｒ ｔ：ｎ ｏｄｅ ｏ ｓ ｌ ｅｄａａ ｃ ｌｅ ｔ ｏ ｌ ｍｓ ｉ ｏ ｐｅ ｉｉ ｅ ｉｎｓ ｈｉ ｒｉｌ ａ ｅ Ｉ ｒ ｒ ｔ ｏ ｖ ｔ ｏｌ ｃｉ ｐｒｂ ｅ ｎ ｓ ｍｅ ｓ ｃｆｃｒ ｇｏ ，ｔ ｓａ ｔｃｅ ｇ ｖ ｕ ｇ ｓｉｎ ｂ ｓｅ ｎ ＺｉＢｅ ｏ ｏ ｎｇ
转换 、Ｌ Ｐ Ｃ与 Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０和 Ｐ Ｃ机之 问数据交互 以及通过上位组态软件 ＭＣ Ｓ 温度数据监控等诸多功能 。经实验调 Ｇ 对
试 ， 采 集 系 统 达 到 了设 计 的 要求 ， 果 良好 ， 实 现 Ｚｇ ｅ 技 术 在 工业 领 域 的应 用 具 有 实 际 意 义 。 该 效 对 ｉ ｅ Ｂ
基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ的 Ｐ Ｃ无 线数 据 采 集 系统 设 计 Ｌ
史 品， 郑 萍
（ 华 大 学 电 气信 息 学 院 ， 西 四川 成 都 ６ ０３ ） １０ ９
《2024年基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》范文
《基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》篇一一、引言随着物联网技术的快速发展，无线数据采集系统在各个领域的应用越来越广泛。
ZigBee技术作为一种低功耗、低成本、低复杂度的无线通信技术，在无线数据采集系统中得到了广泛应用。
本文旨在研究并设计一个基于ZigBee技术的无线数据采集系统，以实现对各类数据的快速、准确、可靠采集和传输。
二、系统概述基于ZigBee技术的无线数据采集系统主要由传感器节点、协调器以及上位机三部分组成。
传感器节点负责数据的采集和初步处理，通过ZigBee无线通信技术与协调器进行数据传输。
协调器负责接收传感器节点的数据，并将其通过有线或无线网络传输至上位机进行进一步处理和分析。
三、传感器节点设计传感器节点是无线数据采集系统的核心部分，其设计直接影响到系统的性能和稳定性。
传感器节点主要包括传感器模块、微控制器模块、ZigBee无线通信模块以及电源模块。
传感器模块负责数据的采集，可根据实际需求选择不同类型的传感器。
微控制器模块负责协调传感器模块和ZigBee无线通信模块的工作，并对数据进行初步处理。
ZigBee无线通信模块负责与协调器进行数据传输。
电源模块为整个节点提供稳定的电源。
四、协调器设计协调器是连接传感器节点和上位机的桥梁，其设计同样重要。
协调器主要包括ZigBee无线通信模块、数据处理模块以及与上位机的接口模块。
ZigBee无线通信模块负责接收传感器节点的数据。
数据处理模块对接收到的数据进行进一步处理，如滤波、去噪等。
与上位机的接口模块负责将处理后的数据传输至上位机进行进一步的分析和处理。
五、系统实现系统实现主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计主要包括传感器节点和协调器的电路设计、元器件选型等。
软件设计主要包括传感器节点的数据采集和处理程序、ZigBee无线通信程序以及协调器的数据处理程序和与上位机的通信程序。
在硬件设计方面，需根据实际需求选择合适的元器件，并设计合理的电路以保证系统的稳定性和可靠性。
一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计
图1 感知家居需求与用户用例图图2 感知家居系统与芯片选型原有的信息孤岛相互联系起来将成为未来的大趋势。
2016年3月8日，海尔向开发者开放了U+平台，美的集团也向第三方开放了M-Smart 的SDK(软件开发工具包)；3月31日，微软也发布了MS Bot Framework 机器人框架，巨头们的纷纷表率预示着更多的厂商将会开放自身的软硬件平台，使得家电设备，以及越来越多的智能硬件单品可以整合到一起。
旧版本的智能家居系统大多采用总线控制，装修布线的成本非常高，并且严重降低用户体验。
新一代智能家居产品以小米和华为的最新产品为例，均采用Wi-Fi 与ZigBee 协议。
本文介绍了一种兼容性强、性价比高的环境信息采集和家电控制系统。
1 系统概述要实现一套性价比较高的智能家居系统，所需的功能由用户的核心需求来决定。
根据马斯洛需求层级，生理和安全方面的需求应当放在首要实现的位置，实现的功能必须包含安全防盗、火警、有害气体检测和危险情况及时报警；其次是生活的便利化，包括对家庭环境的随时随地查看，家电的远程控制等；最后是需求的个性化，例如SOHU 办公、孕婴或行动不便、视力障碍或听觉障碍等情况，是用户分散的长尾需求指标。
用户用例如图1所示，通过PC 电脑浏览器或移动APP 均可传感器型号传感器描述DHT11温湿度传感器，有效测量范围：0～50℃；湿度有效测量范围：20%～90%RH 。
MQ-2烟雾传感器，可采集甲烷、丙烷、氢气、酒精和液化气等常见家用厨房可燃气体。
有效监测范围：100～20000ppm ；工作环境温度：-10℃～50℃；湿度65%±5%RH 。
BH1750FVI 光照传感器，其测量范围约为(1～65535lx)，工作温度范围：-40℃～50℃。
HC-SR501人体红外活动探测传感器，工作温度：-15℃～70℃，有效范围15m 。
DSM501AP M 2.5探测传感器，工作温度范围：-20℃～80℃ 。
基于Zigbee的数据采集传输系统的设计
２ ４ ｌ 或 内置天 线 ． Ｇ ｓ｜ Ａ
Ｇ Ｄ 电源地 Ｎ
ＶＣ ５ Ｃ Ｖ
Ｒ ／ Ｌ，接 用户 Ｃ Ｕ Ｔ ＸｌＨ Ｐ Ｘ Ｔ×１Ｔ Ｌ。接 用户 Ｃ Ｕ Ｒ ／Ｔ Ｐ Ｘ ｓＮ ＧＤ， Ｒ ２ ２ 号地 Ｓ３ 信 Ｔｘ２ Ｒ ２ ２，接用 户 Ｒ ／Ｓ３ ｘ Ｒ ／Ｓ３ ｘ２ Ｒ ２ ２，接用 户 Ｔ ｘ 保 留 ＲＳ Ｔ，低 电平 有 效 ＥＥ
很 大 的 困难 。本 文 介 绍 的基 于 Ｚｇ ｅ 的 无 线 数 据 采 集 传 输 系 统 能 够 很 好 地 解 决 这 个 困难 。本 文 详 细 地 分 析 了基 于 Ｚｇ ｉｂ ｅ ｉ—
ｂ ｅ 数 据 采 集 传输 系 统 的 工 作 原 理 和 功 能 要 求 ， 根 据 此 工 作 原 理 和 功 能 要求 ， 定 了系 统 的总 体 设 计 方 案 ， 设 计 了 ｅ的 并 制 并
． ． ． ． ． ＿
０ Ｐ ０ 舰 ． 玎 胍 Ｔ ｌ Ｋ．Ｄ ０ Ｄ ２ 肌 １ ４ 佻 １ Ｏ Ｓ Ｌ ｘ— ㈣ 嗣 Ｃ Ｍ Ｄ 一 Ｏ Ｒ Ｉ Ｃ Ｓ 三— 一 ＣＭ Ｓ Ｔ— Ｉ Ｔ ０ ㈣一 豇 Ｉ Ｔ １ 剐
系 统 在 功 能 上 实 现 了 转 发 的 作 用 ， 采 集 到 被 采 在
图 １ 数 据 采 集 传 输 过 程
基于ZigBee的能源数据采集自组网系统设计
ｚｇ ｅ支持 星状 网、树状 网和网状 网三种网络拓扑 ｉＢ ｅ
结构［，系统节点具有多跳路 由功能 ，网络健壮性 和系 ２ 】 统可靠性强。Ｚｇ ｅ 网络 中包含协调器 、路由器 和终端 ｉ ｅ Ｂ 设备三种类 型的节点 。一个Ｚｇ ｅ 网络有且仅有一个协 ｉ ｅ Ｂ 调器 ，作为整个 网络启动 、维护的 中心［，路 由器主要 ２ 】
轮 询方式 中 ，数据 采集终 端对应 采用 被动 工作方 式 ，即所有 的数据采 集操作 都是 由 中心 节点 发起 ，对
参考文献
…杜 丽敏， 郭文成． ｉ ｅ技 术在远程抄 表 系统 中的应用Ⅲ． 片 ｚｇ ｅ Ｂ 单
机 与嵌 入 式 系统 应 用 ． ０ （） ２ ６７． ０
各 节点逐 个发送 数据 采集命 令 ，相应节 点接 收到命令
数据采集模块 、Ｚｇ ｅ无线通信模块 、时钟模块 、电源 ｉＢ ｅ
模块 等几 大部分 组成。其 中，数据采集模块可通过Ｒ ． Ｓ
用 。本 文提 出了一种基 ： Ｚｇ ｅ 的能源数 据采集 自组 Ｊ ｉＢ ｅ ：
网系统 ，以解 决工业 企业 能源数据采 集在组 网方 面存
在的问题 。
２ ２ Ｓ ４ 等通信方式 与具 有数字信 号输 出 的能源计 ３ 、Ｒ ８ ５
志 ． ０ （２：． ２ ３１） ０ ８
企业增值开发政府信 息资源 的主体作用 ，进而推动信息
产业 的快速发展 。 （ ）推进政 府信息资源公开的立法工作 二
［】 ３原光， 艺． 国政府信 息资 源增值 利用模 式的创 新 Ｕｌ 王 我 统计 与 Ｊ 决策， ０ （６： — ２ ２ ９１） ０ ７ ０ ７
成首 、末两个节点所采样 的数据在时间上略有偏差 ，但
基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计
基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计摘要:基于ZigBee无线传感器网络节点功能及温度采集参数算法,结合标准PT100输入接口,采用掌上智能终端PDA作为中继显示,设计了ZigBee低功耗无线温度数据采集及传输系统,并进行了调试和实验,实验结果表明,该系统可实现在70m范围内实时传送采集到的温度数据,系统功耗<20mA。
关键词:无线传感器网络ZigBee 低功耗温度采集ZigBee无线传感器网络技术作为一种全新的短距离无线通信技术,在智能控制、无线监控及环境监测等领域得到了广泛应用。
在有线数据采集及传输过程中,存在着系统布线麻烦、功耗大、代价高的问题,而采用传统的无线数据采集及传输方式,也存在着通信协议复杂、系统代价高及功耗大的缺点。
在基于ZigBee的无线传感器网络中,可以由全功能设备作为Sink节点,终端节点一般使用削减功能设备来降低系统的成本和功耗,来提高电池的使用寿命。
通过研究降低ZigBee节点功耗的方法来实现低功耗温度数据采集及传输。
本文基于ZigBee无线传感器网络节点的硬件原理及软件设计方法,应用ZigBee CC2430芯片实现了ZigBee无线传感器网络温度数据采集节点的硬件及软件设计,搭建了基于ZigBee的低功耗温度数据采集及传输系统,同时结合掌上智能PDA以及上位机,在服务端实现了传感器采集温度数据的监控系统。
1 设计方案工业现场常常需要采集大量的现场数据,并需要将采集到的数据传输到主机进行处理和分析,数据采集及传输的性能将会直接影响到整个系统的功效。
在一些情况下,数据的传输如果采用有线网络,则存在维护难、可靠性低等问题,采用基于ZigBee的无线传感器网络技术实现温度等数据采集及通信是一种切实可行的方案。
选取TI公司CC2420芯片来实现ZigBee温度数据采集系统的应用。
掌上终端PDA 数据采集系统在无线传感器网络中,不仅可以与网内其他节点通过CC2430无线射频模块实现无线通信,还可以与系统中的上位机服务器进行数据交互。
基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计
基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计一、概述随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络在工业生产、环境监测、智能农业等领域得到了广泛应用。
温度数据采集作为基础且关键的环境参数之一，对于保障生产安全、提高生产效率、实现智能化管理具有重要意义。
ZigBee技术作为一种短距离、低功耗的无线通信技术，凭借其低成本、易部署、高可靠性等特点，已成为无线传感器网络的主流技术之一。
本文旨在设计一种基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统。
该系统利用ZigBee无线传感器网络采集环境温度数据，通过数据传输和处理，实现对温度信息的实时监测和分析。
系统设计注重实用性和可靠性，力求在保证数据准确性的同时，降低成本和提高效率。
本论文的主要内容包括：对ZigBee技术和无线传感器网络进行概述，分析其在温度数据采集监测系统中的应用优势详细阐述系统设计的整体架构，包括硬件选型、软件设计、网络通信协议等方面对系统的关键技术和实现方法进行深入探讨，如数据采集、传输、处理及显示等通过实验验证系统的性能和稳定性，并对实验结果进行分析和讨论。
本论文的研究成果将为无线传感器网络在温度数据采集监测领域的应用提供有益参考，对推动相关行业的技术进步和产业发展具有积极意义。
1.1 研究背景随着物联网技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）在环境监测、工业控制、智能农业等领域得到了广泛的应用。
作为WSN的关键技术之一，ZigBee技术因其低功耗、低成本、短距离、低速率、稳定性好等特点，成为实现WSN的重要手段。
温度数据采集监测系统作为WSN的一个重要应用，通过对环境温度的实时监测，为生产生活提供准确的数据支持，对于保障生产安全、提高生活质量具有重要意义。
传统的温度数据采集监测系统多采用有线方式，存在布线复杂、扩展性差、维护困难等问题。
为了解决这些问题，基于ZigBee技术的无线温度数据采集监测系统应运而生。
基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计
关键 词 ： 无线传赢器 同络 Ｚ ｇ ｅ 低功耗 温度采集 ｉＢ ｅ 中 图分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２４ 文献标识码： Ａ
文章 编号 ： ６ ４－ ９ ｘ ２ １ ） １ｂ一 ０ ３ ０ １ ７ ， ８ （ ｏ ２ ０ （） ０ ２ — １ － ０
摘 要 ： 于ｚ ｇ ｅ无 线传感器 网络 节点功能及温度采 集参数 算法 ， 基 ｉＢ ｅ 结合标准Ｐ ０ 入接 口， 用掌上 智能终 端Ｐ Ａ作为 中继显示 ， Ｔ１ 输 ０ 采 Ｄ 设计 了ｚｇ ｅ低 功耗无 线温度 数据采 集及 传输 系统 ， ｉＢ ｅ 井进行 了调试和 实验 ， 实验结 果表明 ， 系统可实现 在７ ｍ范 围内实时传送 采集 到的温度 该 ０
中， 由于实 际传感器采集 到的模拟信 号往
往 非常 微 弱 ， 毫 伏 量级 ， 经 过 放 大 才 能 为 要 进 行 观 测 或 驱 动 后 续 设 备 ， 较 微 弱 的信 把 号 放 大 到 与 Ａ／ Ｄ转 换 器 输 入 电压 相 匹 配 。 前 端 放 大 电路 提 供 足 够 大 的 增 益 ， 且 为 并 了 排 除 各 种 外 来 的 共 模 干 扰 ， 保 证 具 有 要 足够 大 的共 模抑 制 比 。 系统 选 用 的是 Ａ ６ ０ Ｄ ２ 仪 表放 大器 ， 要 一个 外部 电阻设 置 ｌ 需 ～ １ ０ 的增益 ， ０ ０ ＡＤ６ ０ 寸 小 、 耗 低 （ ． ２ 尺 功 １
掌上 终 端Ｐ Ａ中的 无线 通 信 模块 Ｚ ｇ ｅ 开 如 最大 的 儿子 数（ ｍ）最大 层数 （ｍ）路 由 Ｄ ｉＢ ｅ Ｃ 、 Ｌ 、 始 建立 一 个 网 络 ， 节 点模 块 加 入 网 络 ， 子 组 算 法 等 。 据 接 收 端 程 序 主 要 完 成 数 据 的 数 网过 程 是 自动 进 行 的 ， 需 人 工 干 预 。 无 接收及进行 与上位计算机 之间的通信 ， 数 据 接 收 端 程 序 流 程 如 图ｌ 所示 。 ２ 系统设 计及实现 节 点 的低 功 耗 问题 会 直 接 影 响 到 终端 ２ １硬 件设计 ． 温 度 采 集 节 点 的 寿 命 ， 点 如果 在 休 眠 状 节 根 据 设 计 功 能 要 求 ， 线 温 度 数 据 采 态 下 还 能 够 接 收 数 据 ， 么 节 点 实 际 一 直 无 那 集 系统 的硬 件 电路 按 可 分 为 温 度 数 据 采集 处 于 监 听 状 态 ， 终 采 用 休 眠 定 时 的 方 式 最 终 端 电 路 、 携 数 据 采 集 控 制 电 路 以 及 数 对 终 端 节 点 进 行 休 眠 唤 醒 。 便 将终 端 节 点 的 据 接 收 端 电路 。 中数 据 采 集 终 端 电路 主 传 感 器 数 据 采 集 与 节 点 休 眠 机 制 结 合 起 其 要 包括 电源 模 块 ， ｉ ｂ ｅ 线 模块 ， 感 器 来 ， 定节 点 在 传 感 器数 据 采 集 之 后 ， Ｚｇ ｅ无 传 设 将数 接 口电路 ， 程 调试 模块 。 口 电路 采 用两 据 向其 父节 点 进 行 发送 ， 送 成 功 后 ， 编 接 发 节点 个２ 脚排 针 ， ＣＣ ４ ０ ４ 将 ２ ３ 所有 的２ 个Ｉ １ Ｏ引脚 进 入休 眠 ， 眠 计 时 时 间 到 ， 点 开 始 下一 休 节 以 及 电源 引脚 、 位 引脚 全部 引 出 ， 口通 轮 的 数 据 采 集 及 发 送 过 程 ， 复 串 有效 降 低 了无 信 电路 通 过 ＭＡＸ３ ３ 芯 片 来 实现 。 ２２ 电源 转 线 温 度数 据 采 集 系 统 Ｚ ｇ ｅ 终 端 节 点 的功 ｉｂ ｅ 换 模块 将 ５ Ｖ的 电压 分 别 转 换 为 ３ ３ ． Ｖ和 １ 耗 。 ． ８ Ｖ的 电压 以 供 系统 使 用 。 在 无 线 温 度 数 据 采 集 系 统 工 作 过 程 ３ 结论
《基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》范文
《基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》篇一一、引言随着信息技术的快速发展，无线通信技术在各个领域的应用越来越广泛。
ZigBee技术以其低功耗、低成本、高可靠性等特点，在无线数据采集系统中得到了广泛应用。
本文将研究并设计一种基于ZigBee技术的无线数据采集系统，以满足不同场景下的数据采集需求。
二、系统需求分析无线数据采集系统需要具备实时性、可靠性和可扩展性等特点。
在系统需求分析阶段，需要明确数据采集的目的、传输的数据类型以及系统所面临的环境等条件。
具体包括：1. 采集的数据类型：系统需要采集的包括温度、湿度、压力、光照等环境参数数据。
2. 数据传输要求：系统应具备实时数据传输功能，确保数据能够及时上传至服务器。
3. 系统环境：考虑到实际应用场景，系统需具备较高的抗干扰能力和稳定性。
三、系统设计基于ZigBee技术的无线数据采集系统设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
（一）硬件设计1. 主控芯片选择：选用低功耗、高性能的微控制器作为主控芯片，负责整个系统的协调与控制。
2. 无线通信模块：采用ZigBee无线通信模块，实现节点间的数据传输。
3. 传感器模块：根据需求选择合适的传感器，如温度传感器、湿度传感器等，实现环境参数的采集。
4. 电源模块：设计稳定的电源模块，为整个系统提供可靠的供电保障。
（二）软件设计1. 操作系统：选用适用于微控制器的嵌入式操作系统，如RTOS。
2. 通信协议：设计基于ZigBee的通信协议，确保数据传输的可靠性和实时性。
3. 数据处理：在主控芯片上实现数据处理算法，对采集到的数据进行处理与分析。
4. 上位机软件：开发上位机软件，实现数据的可视化展示和存储。
四、系统实现（一）硬件实现根据硬件设计，完成电路板的设计与制作，将各模块集成到电路板上，实现硬件的实物化。
（二）软件实现1. 驱动程序开发：编写各模块的驱动程序，实现硬件与操作系统的交互。
2. 通信协议实现：根据设计的通信协议，编写通信程序，实现节点间的数据传输。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计
基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计一、概述随着物联网技术的快速发展，无线通信技术在数据采集领域的应用日益广泛。
ZigBee作为一种低功耗、低成本、短距离无线通信技术，在智能家居、工业自动化、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统，充分利用了ZigBee技术的优势，实现了高效、稳定的数据采集与传输功能。
本系统以CC2530芯片为核心，构建了一个完整的ZigBee无线通信网络。
CC2530芯片是德州仪器（TI）公司推出的一款基于8051内核的无线单片机，具有高性能、低功耗的特点。
通过CC2530芯片，系统可以实现数据的采集、处理、传输以及网络管理等功能。
在数据采集方面，系统通过外接传感器实现对温度、湿度、光照等环境参数的实时监测。
传感器采集到的数据经过CC2530芯片处理后，通过ZigBee网络传输至协调器节点，再由协调器节点将数据上传至上位机或云端服务器进行进一步的分析和处理。
本系统还具备网络管理功能，可以对ZigBee网络进行配置、监控和维护。
通过上位机软件，用户可以实时查看网络状态、节点信息以及采集到的数据，并进行相应的操作和管理。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统以其高效、稳定、低功耗的特点，在物联网领域具有广泛的应用价值。
本文将对系统的硬件设计、软件编程以及实现过程进行详细阐述，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
1. ZigBee技术概述《基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计》文章“ ZigBee技术概述”段落内容ZigBee技术是一种专为短距离、低速率无线通信设计的协议，它基于IEEE 4标准，具有低功耗、低成本、高可靠性及高安全性等特点。
该技术最初被称为“HomeRF Lite”和“FireFly”，后统一命名为ZigBee，其命名灵感来源于蜜蜂通过Z字形飞行交流食物源信息的自然现象。
ZigBee技术广泛应用于智能家居、工业自动化、农业智能化等领域，在这些领域中，ZigBee技术以其独特的优势，为数据采集和传输提供了高效的解决方案。
基于ZigBee网络与GPRS的数据采集传输系统设计
与 Ｔ ＰＩ Ｃ／ Ｐ协 议 转 换 ， 成 与 Ｉｔ ｅ 连 接 ， 控 中 心 可 以 完 ｎｅ ｔ的 ｕ ｒ 监 通 过 Ｉｔ ｅ 网 络 进 行 信 号 的收 集 。完 成 数 据 的 远 程 采集 与 ｎｅ ｔ ｕ ｒ 传输过程 。
Ｃ ２ ３ ， Ｃ ４ ０是 一 种 真 正 的 片 上 系 统 芯 片 （Ｏ ） ＭＯ Ｃ ４０Ｃ ２３ Ｓ Ｃ Ｃ Ｓ解 决 方 案 。 种 解 决 方 案 能 够 提 高 性 能 并 满 足 以 Ｚｇ ｅ 这 ｉ ｅ为 基 础 Ｂ 的 ２４Ｇ ｚＩＭ 波 段 应 用 ． 全 兼 容 Ｚｇ ｅ ． Ｈ Ｓ 完 ｉＢ ｅ协 议 ， 方 案 还 该 满 足 了工 业 过程 对 低 成 本 ， 功 耗 的 要 求 。该 芯 片 内部 集 成 低 了一 个 符 合 ＩＥ ８ ２１． 准 的 ２ Ｈ Ｓ Ｓ 直 接 序 列 扩 Ｅ Ｅ ０ ． ４标 ５ ． Ｇ ｚＤ Ｓ （ ４
１ 系统 结 构 与 原 理
１１ 系统 组 成 ．
技 术 。数 据 传 输 距 离 依 赖 于 输 出 功 率 和 信 道 环 境 ， 般 在 一
百 米 左 右 ； 信 时 延 和 从 休 眠 状 态 激 活 的 时延 都 非 常 短 ， 通 典
型的搜索设 备时延 ３ ， 眠激活 的时延是 １ ｓ 活动设 ０ｍｓ体 ５ｍ ，
本高 ， 制了工业通信技术 的发展 ， 然在有些工业情 况下 ， 限 虽 单纯用 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ进 行 数 据 传 递 可 满 足 一 定 的 工 业 要 求 。 是 花 但 费 太 高 ． 且 不 能 排 除信 号 采 集 现 场 没 有 运 营 商 信 号 覆 盖 的 并 可 能 性 。工 业 生产 现 场 的数 据 采 集 迫 切 需 要 一 种 简 单 的 、 低
基于Zigbee智能家居的低功耗节点设计
智能 家居 系统 可以长时 间工作在 无人职 守状 态 ， 并有效 完成各 个节点的监 测任 务。
关键 词 ： 线 技 术 ； 眠 调 度 ； 据 传 输 ； 能 家居 无 睡 数 智
中 图 分 类 号 ： Ｐ ９ Ｔ３３
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ４９ ４ （ ０ ２ ０ －２ ７０ １ ７ －９ ４ ２ １ ）６０ ７ －３
ｃｌ ｂｒｔ ｅ ｏ ｔ ｌ［Ｊ］ ＩＥ Ｔａ ｓｃｉ ｓ ｎ ｎ ｕｔａ ｏａ ｏａ ｖ ｃ ｎｒ ｌ ｉ ｏ ． Ｅ Ｅ ｒｎａｔ ｎ ｏ Ｉｄ ｓ ｉ ｏ ｒｌ Ｅｅｔ ｎｃ ，０ ３ ７ ： ７ ｌ ｒ ｉｓ２０ （ ） １～ ． ｃｏ
适应灾后的复杂地形进行高效 、 快速 、 安全的救援 。
［ ］李左芬 ． ２ 盾构 施工 法 的发展 历程 及展 望 ［ ］ 市政 工 程 国外 动 Ｊ．
态 ，０ ０ １ ２ ２ ０ （ ）：３～２ ． ４
根据传 统盾 构 的刀 盘 的特 点 ， 其 进 行改 进 ， 对 提 出 了对废 墟稳定 性影响较小 的双层反 向切削 刀盘 。 建立偏 心旋转机构 的几何模 型 ， 对其 进 行运 动位 置分析 ， 出偏 心距越大 ， 得 安装 位 置越 靠近 边缘 ， 振捣 器 和切 割机所 能到达 的范 围就越 大的结论 。
摘 要 ： Ｚｇｅ 线 技 术 为核 心 设 计 了 智 能 家 居 系统 ， 系统 以 各 个 无 线 传 感 器 节 点 为基 础 单 元 ， 个 以 ｉｂｅ无 该 各 节点 由中心基 站统一管理 。从 节点低功 耗优 化设 计入 手 ， 在不 影响 无线 传感 网络 实 际通信 质量 的情 况 下 ， 点研 究 了无 线 传 感 器节 点 的 睡 眠 调 度 ， 理 有 效 降 低 各 个 节 点 的 数 据 传 输 能 量 消耗 ， 而 使 整 个 重 合 从
基于CC2530的ZigBee网络节点的低功耗设计
基于 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０的 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网络 节 点 的低 功耗 设 计
张 文静
状态 。
结合表 １ 所示 ， 从 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 芯 片微处理 器性能Ｉ ３ ］ 、 协 议栈及
市 场价 格 到 最 后 的 开 发 成 本 以及 对 芯 片 内 核 的 熟 悉 程 度 等 方
节 点电源管理 主要针 对 的是 利用 电池 供 电 的终 端设 备 ，
尽 量 减 少 其 短 暂 无 线 电 通 信 之 间 的 功 耗 。通 常 ， 一 个终 端设
用８ ０ ５ １内核 的芯 片 ， 无需 重新 学 习微 处 理 器 结 构 原 理 ， 无 需 重
新熟 悉 编 译／ 调试 工具； 对片上 系统的 Ｉ ／ Ｏ、 定时器、 Ａ／ Ｄ、
Ｐ ＷＭ、 看 门狗 等 ， 也 无需 重新 学 习 。
表 １ Ｚ ． ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ主流 芯 片参 数 比较
根据所选择 的微处理器 ， 低功耗节点的硬件 总体设计方 案 如图 １所示 。微 处理 器 Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０本身带 有射频 功能 ， 所 以不 需
要 外 加 射频 芯 片 ， Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０通 过 Ｉ ／ ｏ 口与按键 单元 、 测温 单元 、
器， 它被 定时地唤醒 以报到它们采 集到 的信 息 ， 还有 远程控 制
１ 节点低 功耗问题
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技术本身就是一种低功耗 的无线 数据传输技 术 ， 在 其协议栈的编写过程 中， 已经对其 电源的使用进 行 了管理 。在 网络 中低功耗方式仅用于 由电池供 电的终端 设备 ， 对于协调 器 和路 由器来说 ， 它们需 要维持 网络 的存 在及 路 由， 需要 时时 刻 刻处于工 作状 态 ， 因此 需 要 使用 主 电源 供 电， 不 存 在 低 功 耗
一种基于Zigbee技术的能源计量数据采集系统
摘
要 ： 文 介 绍 了 一种 基 于 Ｚｇｅ 技 术 的无 线 自组 网能 源 计 量 数 据 采 集 系 统 ， 系统 由数 据 采 集 模 块 和 通 信 模块 组 成 。 该 系 统 采 用 Ｃ０ １００单 片 本 ｉ ｅ ｂ 该 ８５ Ｆ６
机 作 为 数 据 采 集 终 端 的 主控 芯 片 ，６位 Ａ Ｃ作 为 （ ｌ Ｄ ４～２） Ａ、０ ） ０ ｍ （ —５ Ｖ模 拟 信 号 的 数 据采 集 器 ， 度 可 达 万 分 之 一 ； 时 该 系 统 具 有 Ｒ 精 同 Ｓ一２２ Ｒ ３ 、 Ｓ一４５ ８
度、 低成 本 的 特点 和灵 活 的组 网方式 ， 广泛 应用 于工业 控 制 、 业 无线 定 位 、 庭 网络 、 车 自动化 、 宇 自动 化 、 工 家 汽 楼 消 费 电子 、 医用设 备 控制 等 领 域 。本 文 提 出了 一种 基 于 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ技术 的 自组 网能 源 数 据 采集 系统 ， Ｂ 能有 效 解 决 工
２ 硬 件设 计
目前 我 国工 业企 业 能 耗 数 据 采集 体 系 尚不 完 善 ， 能 源 的有效 利 用效 率低 ， 建立 工 业企业 能 源计 量数 据采集 、 监 管机 制 ， 对煤 、 、 、 气 等 主 要 能 源 的 能耗 计 量 数 油 水 电、 据 进 行科 学采 集 、 合分析 ， 利 于全 面了解 我 国工 业 企 综 有 业 总 能耗 水平 、 耗 结构 和用 能模式 ， 实现 “ 能减排 ” 能 为 节 目标具 有 十分 重要 的意义 。而 传统 的工业 集散 测控 系 统 的数据 采 集与 控制 一 般 以工业 控 制总 线 网络 为 主 ， 工 且 业 仪表 安 装位 置分 散 ， 网不 方便 、 组 费用 高 。 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ无线 网 络 技 术 以其 低 功 耗 、 速 率 、 复 杂 Ｂ 低 低
基于ZigBee的分布式数据采集系统设计
２ 基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ的 分 布式 数 据 采 集 系统 的 软件 设 计
本系统 中 ， 各节 点独 立完成 相应 的数 据采集 、 处理 、 存储 以及显 示 等任 务 ， 数据通 信 时各节 点与数据 集
中器 是“ 主从式 接人 ” 采 用点对 点方 式或 全局 广播方 式通信 。因此 系统软 件应 包括 Ｐ ， Ｃ机应 用 软件和分 布
１ ５ ＣＣ２ ３ ． ４ ０无 线 通 信 模 块
Ｃ ４ ０芯 片整 合 了 Ｚｇ ｅ Ｃ２ ３ ｉＢ ｅ射 频 前 端 、 内存 和 ８ ５ ０ １微控 制 器 。具 有 １ ８ＫＢ可 编程 闪存 和 ８ＫＢ的 ２ Ｒ ＡＭ ， 包 含 模 数 转 换 器 、 个 Ｉ Ｅ ０ ． ５ ４ＭＡＣ定 时 器 ， 个 １ 还 一 Ｅ Ｅ８ ２ １ ． 一 ６位 定 时 器 和 两 个 ８位 定 时 器 、
方便 地实现 长时问低 功耗 睡眠 。
温度监测 节点 的结构 由一个 Ｃ ４ ｏ 块和两 节 １ ５Ｖ 电池构 成 ， Ｃ２ ３ 模 ． 各个 温度测 量节点 被初始 化为无 信
标 网络中 的终端 设备 。上 电复位后 ， 开始搜索 指定信道 上的 Ｐ Ｎ 协 调器 ， 发 出连 接请求 ， Ａ 并 建立 连接成 功 后， 它将得 到一个 １ 位 短地址 ， 在 以后用 这个短地址 通信 。 ６ 并 节点开 启睡 眠定时器 ， 隔１ 每 ０Ｓ醒来 一次 ， 利
ＡＥ １ ８协 同处 理 器 、 门狗 定 时器 、 ２ｋ Ｓ２ 看 ３ Ｈｚ晶振 的休 眠模式 定 时器 、 电复 位 电路 、 电检 测 电路 ， 上 掉 以及
２ 个可 编程 ＩＯ 引脚 。因此 Ｃ ４ ０可用 于 Ｚｇ ｅ １ ／ Ｃ２ ３ ｉＢ ｅ协调器 、 由器及 终端 设 备 ， 路 被认 为 是市 面上最具竞 争
基于ZigBee协议的智能仪表数据采集系统的设计
议作 为无线 电通信 技术 的一 种方 式 ， “ 以其 三低 一高 ” 的特点 ， 越受 到通 信行业 的推 崇 ， 着非 常广 阔的市 场前 景。 越来 有
关键 词 ：Ｚｇｅ 协议 ｉ ｅ Ｓ
中图分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ２
直 接序 列扩频
偏 移 四相 移相 键控
ＳＩ 口 Ｐ接
文献 标志码 ：Ａ
纠 信
（ 江工业 大 学信 息 学院 ， 州 ３０ １） 浙 杭 １０４
摘
要 ：论 述 了 Ｚｇ ｅ 协议 的原理 及其 帧结构 ， ｉ ｅ Ｂ 阐述 了 Ｚｇｅ 协议 的特 点及 其 应用 空 间 ， 述 了 Ｃ ２２ ｉ ｅ Ｂ 论 Ｃ ４０的组成 、 构及 控 制方 法 ， 结
阐述 了单 片机 Ｍ ６ Ｈ ９ ８ ２的 Ｓ Ｉ Ｃ ８ Ｃ０ Ｗ３ Ｐ 通信 模块 的工作 原理 及控 制方式 ， 计 了数据采 集系 统的 星型 网结构及 其软 件流 程 。Ｚｇｅ 协 设 ｉ ｅ Ｂ
８ ８Ｍ ｚ ３个工作 频 带。每个频 带提 供 固定 数量 的 ６ Ｈ 这
了相应的协议 规范和标 准。本设计正是利用专为实现 Ｚｇ ｅ 协议而设计 的低功耗芯片 Ｃ ２ ２ ， ｉ ｅ Ｂ Ｃ ４ ０ 实现智能仪 表数据 的无线传输 网。
信道 ， 由于物理层都 采用 直接 序列 扩频 （ Ｓ Ｓ 技 术 。 ＤＳ ） 降低 了数字集成电路 的成 本 ， 并且 都使 用相 同的帧结 构， 以利于低作业周期 、 低功耗 的运作 。２ ４Ｇ ｚ ． Ｈ 频段 （ ． ２ ４ ３５Ｇ ｚ 被划分为 １ 个信 道 ， ２ ４～ ．８ Ｈ ） ６ 数据传输速
ｃ ｎｒｌｍｅｈ ｄ ｏ ｏ ｔｏ ｔｏ ｆＣＣ２ ２ ｒ ｅ ｃ ｉｅ ｎ ｈ ｐ ｒｔ ｎ ｌｐ ｉｃｐｅ ａ ｄ ｃ ｎｒ ｌｍｏ ｅ ｏ Ｐ ｏ ４ ０ ａ ｅｄ ｓ ｒｂ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｏ ｅａ ｏ ａ ｒｎ ｉｌ ｎ ｏ ｔｏ ｄ ｆＳ Ｉｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｍｏ ｔｅ ｏ ｉｇｅｃ ｉ ｏ ｕ ｅ ｉ ｎ ｃ ｔ ｄｄ ｆｓｎ ｌ ｈ ｐ ｃ ｍｐ ｔｒ ｏ Ｍ Ｃ ＨＣ ８ ３ ｒ ｉｃ ｓｅ ． Ｔ ｅ ｓａ ｅｗｏｋ ｓｒ ｃｕｅ ｏ ａａ ａ ｑ ｉｉｏ ｙ ｔｍ ｎｄ ｉｓｓ ｆ ｒ ｏ ｈ ｒ ｒ ｓｇ ｅ ． Ａｓ ｏ ｅ ｏ ｈ ６８ ９Ｏ Ｗ ２ ａｅ ｄｓ ｕ ｓ ｄ ｈ ｔｒｎ ｔ ｒ ｔｕ ｔ ｆｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｔ ｏｔ ｅ ｆ ｗｃ ａｔａｅ ｄｅｉｎ ｄ ｒ ｉ ｗａ ｌ ｎ ｆｔｅ ｗｉ ｌｓ ｏ ｅ ｒ ｅ ｓｃ ｍｍｕ ｉ ａ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ。ＺｉＢｅ ｒ ｔｃ ｌｈ ｓｂ ｅ ｉｈｙ ｐ ａｓ ｄ ｉ ｏ ｎｃ ｔ ｎｔｃ ｎ ｌｇｅ ｉ ｇ ｅ ｐｏｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｈｇ ｌ ｒ ｉｅ ｎｃ ｍｍｕ ｃ ｔｏ ｎｄ ｓｒ ｎｉａｉｎｉ ｕ ｔ ｙ，ｗｉｈｔ ｅｆａｕｅ ｏ ｅ －ｏ ａ ｄ ｏ ｅ ｔ ｅ ｔｒ ｆｔ ｅ ｌｗ ｎ ｎ — ｈ ｈｒ
基于ZigBee的低功耗无线传感节点设计与实现
基于ZigBee的低功耗无线传感节点设计与实现戴由旺;李增有;韦俞锋【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)018【摘要】Wireless sensing node for temperature and humidity measurement was designed by taking CC2430 chip as a core. By improving the design of ZigBee protocol stack, sensing node can run in idle mode, trigger mode or active mode. The opportune moment and rate of sampling are controlled in accordance with actual demands, so as to reduce the node's energy consumption for wireless communication and to meet the low-power requirement of the wireless sensor network. The lifetime of sensing node is reckoned according to the known parameters. An experimentation was performed to validate the design.%以CC2430芯片为核心设计一种用于温湿度测量的无线传感节点,为了降低节点功耗,在ZigBee协议栈的基础上进行改进,为传感节点设计了空闲、触发和主动等3种工作模式,使节点能够按照实际需求控制采样的时机和速率,以减少传感节点用于无线通信的能量开销,从而满足无线传感器网络对节点低功耗的设计要求,同时根据已知参数预测传感节点寿命,并通过实验进行了验证.【总页数】4页(P121-123,126)【作者】戴由旺;李增有;韦俞锋【作者单位】中国人民解放军91550部队,辽宁大连116023;中国人民解放军91550部队,辽宁大连116023;中国人民解放军91550部队,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP393【相关文献】1.基于CC2431的智能小区无线传感器网络节点低功耗的设计与实现 [J], 范晶晶2.基于CC2430的低功耗Zigbee无线传感器网络节点的设计 [J], 刘琼;周志光;朱志伟3.基于ZigBee的无线传感网络节点的设计与实现 [J], 罗回彬;吴方;潘维松;吴婉娜;吴庆光4.基于ZigBee无线传感网络技术节点设计与实现 [J], 隋浩;徐国凯;孙炎辉5.基于STM32的低功耗无线传感器节点的设计与实现 [J], 严冬;王瑞涛;陈俊生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ZigBee精简协议的无线数据采集系统
协议栈代码 ， 并编写 了应用层代码 和相 关驱 动程序 。研究结果表明 ， 系统的实施减 少了人员工 作量 ， 无需布线 ， 该 且 保证 了数据实 时传输 的有效性 ， 以在高温 、 可 高压 、 高空 、 高危险等某些 特定环境 中进行环境监测工作。
关键 词 ：ｉＢ ｅＣ ２ ３ ；ｉＢ ｅ 简 协 议 栈 Ｚｇ ｅ ；Ｃ ４ ０ Ｚｇ ｅ 精
号强度 通过 网络最终 发送 给协 调器节点 ， Ｃ系统将 节 Ｐ 点采集 的数据 进行综 合分 析处 理及控 制 。该 系统 开发
ｔ ｉ ｃ ｌｓａ ｋ ｆ
Ｃ Ｉ ｎｊ ｇ Ｑ Ｎ Ｈ ｉ ｉ Ａ Ｗｅ －ｎ ， Ｉ ｕ— ｎ ｉ ｂ
（ ｃ ｏｌ ｆ ｌ ｔ ｎｃ Ｓ ｈｏ ｏ ｅ ｒ ｉ Ｅ ｃ ｏ ｓ＆ Ｉｆｒ ｔ ｎ Ｈａｇｈ ｕＤａ ｚ Ｕ ｉｅ ｉ ， ａ ｇｈ ｕ３ ， ｈｎ ） ｎ ｍａ ｏ ， ｎｚｏ ｉ ｉ ｎｖｒ ｔ Ｈ ｎ ｚｏ ０ Ｃ ｉ ｏ ｉ ｎ ｓｙ １ １ ０ ８ ａ
０ 引 言
Ｚｇ ｅ 技术 是一 种 近距 离 、 功 耗 、 数 据 速率 、 ｉ ｅ Ｂ 低 低 低成本 、 工作 在 ２ ４ Ｇ 和 ８ ８ ９ ５ＭＨ ． Ｈｚ ６ ／ １ ｚ的无 线 网络 技术 。综合 了信 息处 理技 术 、 电子 技 术 、 入 式 技 微 嵌 术 、 代 网络 与无线 通信技 术等 多领域 技术 引。它依 现
ｔ ｎ ｗ ｓｄ ｓｇ ｅ ．Ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａｅ ａ ｄ ｓ ｆ ａ ｅｏ ｙ ｔｍ ａ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｅ ｅａｌ ｅ ａ ｅ ｉｎ ｄ ｈ ａ ｄ ｒ ｎ ｏ ｔ ｒ ｆｓ ｓ ｗ ｅ ｗ ｓａ ａ ｙ ｅ ｎ ｅ ｉｎ ｄ ｉ ｄ ｔ ｉ ｎ ．Ｔｈ ｒ ｌｓ ｏ ｅ ｕ ｅ Ｉ ｃ ４ ０ ａ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｅｗｉ ｅ ｓｎ ｄ ｓ ｄ Ｔ ’ ｃ ２ ３ ｎ ｅ ｅ — ｅ Ｓ
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密级一般分类号TP393硕士学位论文作者：杨朋伟指导教师：侯宏录教授申请学位学科：2009年4月20日XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计测试计量技术及仪器题目:基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计学科：测试计量技术及仪器研究生签字：指导教师签字：摘要Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。
目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。
1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。
1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。
2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。
主要内容包括如下几个方面：1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。
2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。
3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。
4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。
5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。
关键词：数据采集及传输；低功耗；无线传感器网络；时间同步算法；ZigbeeDesign of Low-power Data Acquisition SystemBased on ZigbeeDiscipline:Measuring and Testing Technologies and InstrumentsStudent Signature:Supervisor:Ab Abstra stra stractct Zigbee wireless sensor network technology is a new short-range wireless communication`s technology,which is used widely in intelligent control,wireless control,environmental monitoring and other fields.At present,there are still some problems for Zigbee wireless sensor network technology.This paper focuses on wireless sensor network time synchronization algorithm and low-power system design.1.Wireless sensor network time synchronization algorithm is analyzed and studied deeply,then two time synchronization algorithms used in different environments are proposed from the reduced synchronization overhead and critical path length point of view.1)The Zigbee time synchronization algorithm with two-story topology which realize the ms-level time synchronization accuracy and reduces the time synchronization overhead through the methods of constructing two-story topology structure and estimating the time-delay can be used when the network size is small;2)The multi-hop sensor network time synchronization algorithm which realize the better time synchronization accuracy ,reduces the time synchronization overhead and critical path length through the methods of constructing better topology structure and estimating the cumulative time-delay can be used when the network size is larger.2.Through research and analysis for Zigbee protocol stack,the low-power wireless data acquisition and transmission system based on Zigbee is designed from low-power design point of view.The main work include the following aspects:1)The circuit design of a Zigbee wireless network node and system application are completed.on this basis,the software design with the Zigbee wireless network node are completed in development platform IAR 7.20H.2)The design of peer-to-peer wireless communications and Sample network node communication of those Zigbee nodes is completed by using TI's CC2430chip.3)The multi-channel sensor data acquisition interface and Zigbee wireless networkmonitoring and management software is designed.4)the low-power design methodology for a wireless network node software is studied.5)The low-power wireless data acquisition and transmission system based on Zigbee is builded and debugged.The results show that the system have some belifet with lower data error rate and high precision of time synchronization.It is able to meet the needs of remote monitoring of the parameters on industrial environment.Key Words:data acquisition and transmission;low-power;wireless sensor networks;time synchronization algorithm;Zigbee目录1绪论 (1)1.1Zigbee无线数据采集及传输网络描述 (1)1.2研究Zigbee低功耗数据采集及传输系统的必要性 (1)1.3本文的主要内容和结构 (2)2无线传感器网络及IEEE802.15.4/Zigbee技术 (3)2.1无线传感器网络技术 (3)2.1.1无线传感器网络发展概况 (3)2.1.2无线传感器网络的特点 (4)2.1.3无线传感器网络的体系结构 (4)2.2IEEE802.15.4/Zigbee技术 (5)2.2.1IEEE802.15.4/Zigbee协议 (5)2.2.2Zigbee无线传感器网络关键技术 (6)2.2.3Zigbee技术优势 (7)2.2.4Zigbee应用前景 (7)3无线传感器网络时间同步算法的研究 (8)3.1二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法 (8)3.1.1求区域簇首节点集 (9)3.1.2求支配节点集 (9)3.1.3二层拓扑结构的构造 (10)3.1.4时间同步的实现 (10)3.1.5算法性能分析 (11)3.2无线传感器网络多跳时间同步算法 (11)3.2.1最优拓扑结构的构造 (11)3.2.2时间同步的实现 (12)3.2.3应用举例 (12)3.2.4算法性能实验分析 (13)4Zigbee无线传感器网络的设计和实现 (14)4.1Zigbee无线传感器网络的总体方案设计 (14)4.2Zigbee节点硬件电路设计及测试 (15)4.2.1硬件模块划分 (15)4.2.2Zigbee无线通信模块设计 (15)4.2.3系统应用电路设计 (21)4.2.4电路板PCB图及其布线规则 (25)4.2.5节点硬件实现 (26)4.3Zigbee节点软件设计及关键方法实现 (26)4.3.1液晶显示程序设计 (26)4.3.2按键ADC采样方法及多级菜单显示的实现 (29)4.3.3数据接收端程序 (29)4.3.4终端节点主程序 (35)4.3.5Zigbee网络节点发送及接收数据 (37)5Zigbee低功耗数据采集系统的设计和实现 (42)5.1A/D转换模块及数据采集程序设计 (42)5.1.1ADC参考电压 (42)5.1.2ADC初始化 (42)5.1.3单次数据采集程序设计 (43)5.1.4连续数据采集程序设计 (43)5.2节点低功耗设计 (45)5.2.1节点的休眠机制及节点休眠方法 (45)5.2.2节点的低功耗设计 (45)5.3Zigbee网络监控软件的设计 (46)5.3.1Zigbee网络监控软件的总体设计 (46)5.3.2网络监控软件关键方法及设计 (46)5.3.3实验结果 (49)6系统测试及结果 (50)6.1点对点数据传输测试 (50)6.2简单路由网络数据传输测试 (50)6.3系统的功耗测试 (51)6.4结果分析 (51)7结论 (52)参考文献 (53)攻读硕士学位期间发表的论文 (56)致谢 (57)学位论文知识产权声明 (58)学位论文独创性声明 (59)1绪论1绪论1.1Zigbee无线数据采集及传输网络描述Zigbee是一种短距离、低速率的无线传感器网络新技术，在非常短的时间内，Zigbee 技术得到了广泛的应用，它主要适合于自动控制和远程控制等领域。