ZigBee协调器技术及系统方案设计--毕业论文

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1 绪论 (1)

1.1题目研究背景与意义 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3 ZigBee无线网络的研究前景 (2)

1.4 论文的组织结构 (3)

2 相关技术及系统方案设计 (4)

2.1 ZigBee技术 (4)

2.1.1 ZigBee无线网络设备组成 (5)

2.1.2 ZigBee无线网络拓扑结构 (5)

2.2 系统方案设计 (6)

2.2.1 系统方案设计框图 (6)

2.2.2 各模块功能介绍 (7)

3 硬件电路设计 (8)

3.1 硬件电路设计简介 (8)

3.2 处理器模块 (9)

3.2.1 处理器CC2530简介 (9)

3.2.2 芯片功能介绍 (9)

3.3协调器硬件单元电路原理图设计 (10)

3.3.1 CC2530支撑电路原理图设计 (10)

3.3.2 RS232串口通信电路原理图设计 (12)

3.3.3 电源电路设计 (12)

3.3.4 JTAG接口电路设计 (15)

3.3.5 人机交互接口电路设计 (14)

4 IAR开发环境介绍 (15)

4.1 IAR的安装及简介 (15)

4.2 ZigBee 2007 协议栈安装 (17)

4.3 IAR使用介绍: (19)

5 ZigBee无线网络协调器软件设计 (21)

5.1 Z-stack软件架构分析 (21)

5.1.1 Z-stack协议栈的几个重要概念 (21)

5.1.2 Z-stack协议栈分析 (22)

5.1.3 OSAL操作系统 (22)

5.2协调器软件设计 (23)

5.2.1 总体流程设计及代码 (24)

5.2.2 协调器新建网络流程图及代码 (26)

5.2.3绑定与接收 (29)

5.2.4 协调器向串口发送数据 (31)

6 调试 (36)

6.1 软硬件调试方法 (36)

6.2 调试中遇到的问题 (36)

7 总结 (38)

7.1 设计总结 (38)

7.3 设计不足和改善 (38)

参考文献 (39)

致谢 (40)

1 绪论

1.1题目研究背景与意义

自20世纪以来，无线网络技术就逐渐进入了我们的生活，从GSM到Bluetooth,从无线ATM到无线局域网。它们拥有各自的特点为我们实现着无线网络通讯，实现信息的即时交流，使我们的交流更加自由方便。随着数字技术，微电子技术以及通信技术的发展，无线通信技术凭借其组网时受地理环境制约小这一巨大优势，在医疗领域、家庭居室、工业监测等领域逐渐得到重视。

现有的无线网络技术，如GSM、wi-fi、bluetooth等，以其各自的特点为我们的生活带来了很多方便。但在实际需求中我们对无线技术提出了更高的要求，低速率、低成本、低功耗。再这样的情况下，ZigBee技术产生了，ZigBee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，其网络有省点、可靠、成本低、容量大、安全等很多优势，被认为是拥有广阔市场前景的十大最新技术之一。

水资源监测是水资源管理与保护的重要手段，我国水资源紧缺、水污染严重，如何高效、实时地获取水环境参数、研究开发水环境监测新方法，已成为水环境管理与保护的一项重要任务。无线传感器网络 WSN（Wireless Sensor Network）是将有感知能力、计算能力和通信能力的微小传感器节点采用规则或随机方式部署在监控区域，通过无线自组织和多跳的方式构成的分布式网络。它集传感器技术、嵌入式技术、现代网络技术、无线通信技术和分布式信息处理技术于一体，以数据处理为中心，协作地感知、采集、处理和传输目标区域的监测信息并报告给用户。它具有可快速部署、无人值守、功耗低和成本低等优点。

1.2国内外研究现状

各类无线传感器网络技术能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测和采集各种感知对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并随自组织无线通信网络将所感知对象的信息传送给观察者。

无线传感器网络是新一代的传感网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用。将会给人们的生活和生产的各个领域带来深远的影响。ZigBee研究最早在国外，2002年就成立了ZigBee联盟，从成员只有几个到今天为止几百个成员

已经取得了很大的发展。

随着电子技术和网络技术的飞速发展，无线网络始终是一个热门的话题。各国都非常重视无线传感网络的发展。在智能家居和工业控制领域，人们迫切希望能够产生出一个无线、短距离、低速、低功耗的网络。为了实现这个目标，国内外的有关研究机构、生产厂商进行了不懈的努力，本次任务就是采用ZigBee技术，构建无线传感器网络。

国外情况：一些国际著名公司和组织对此投入了极大的热情。标准化上，著名的标准化组织发布了IEEE802.15.4标准，是面向低成本、低功耗、低速率传输网络应用开发的专用无线通信协议[1]。Zigbee联盟制定和设计了实现传感器节点组Zigbee协议规范。节点芯片上有著名的国际公司投入研究。在ZigBee的具体应用上，国内国外也都开始了与煤矿公司的合作，将ZigBee无线定位方案从自动检测、车辆管理等拓展到煤矿行业的矿井定位中。韩国、中国、日本等国家也积极研究在手机中置入ZigBee技术，实现客厅家电遥控和安全防盗等功能，也逐渐取得了成果。

国际上比较有代表性和影响力的无线传感器网络使用和研发项目有遥控战场传感器系统，网络中心战及灵巧传感器网络，智能尘埃，行为习性监控项目和美国皇家网络等，尤其是最新试验成功的低成本美军“狼群”地面无线传感器网络标识着电子战领域技术的最新突破。俄亥俄州正在开发“沙地直线”无线传感网络系统。这个系统能够散射电子绊网到任何地方，以侦测运动的高金属含量目标。民用方面，美国，日本等国家在对该技术不断研发的基础上在多领域也进行了应用。

国内情况：国内无线传感器及其应用研究与发达国家同步启动，建立了传感器网络已系统研究平台，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器，传感器节点等取得了很大进展。同时，越来越多的企业也开始ZigBee的研究和开发，如利用ZigBee技术读取水电表资料。同样国内很多大学也在积极研究ZigBee 技术的应用，将ZigBee技术用于智能家居、检测系统行业。

1.3 ZigBee无线网络的研究前景

微电子技术，计算机技术和无线通信技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集，数据处理，和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由安装在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信等多种方式采集和发送网络覆盖区域中的信息。无线传感网络就是将逻辑上的信息与客观上的信息融合在一起，改变人类与自然界的交流方式。人们可以通过传感器网络世界直接感知客观世界，从而极大提高人类认识世界的能力。未来移动通信网络除了以低成本实现数据的传输外，还要求在无设施的情况下传输信息，因此无线传感器网络和自组织网络将因器灵活性而在未来移动通信网络中起重要作用。