基于zigbee的无线环境监测

新疆大学毕业论文(设计)题目: 无线环境检测小系统设计实现指导老师: 李新刚学生姓名：许伟义所属院系：信息科学与工程学院专业：电子信息工程班级：电信11-1完成日期：2015 年05 月23 日声明本人郑重声明论文（设计）系本人在李新刚指导下独立完成，本人拥有自主知识产权，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的知识产权纠纷由本人负责。

签名：摘要Zigbee是为低功率无线通信网络定义的一些列协议的标准，zigbee无线设备的工作在868MHZ，915MHZ，2.4GHZ频带段，最小的数据速率是250K字节每秒。

它可以独立的工作。

zigbee是依靠电池供电，所以它把低速率，低功耗，长久的续航能力当做他的主要目标。

在许多zigbee应用里，无线设备工作的总时间在任何活动里都是被限制的。

这些设备大多数时间都是处于睡眠模式。

结果，zigbee设备可以在不换电池的情况下正常工作几年时间。

Zigbee的主要应用是监测环境，它可以与传感器相连接，例如：温度传感器，温度传感器，光照传感器。

从传感器节点接收数据，并将接收到的数据上传到主控芯片，主控芯片将数据上传至电脑，从而完成监测工作。

关键词：zigbee芯片；温度传感器；湿度传感器；光照传感器ABSTRACTZigBee is a standard that defines a set of communication protocols for low-data-rate short-range wireless networking . ZigBee-based wireless devices operate in 868 MHz,915 MHz, and 2.4 GHz frequency bands. The maximum data rate is 250 K bits per second.it can work by itself.ZigBee is targeted mainly for battery-powered applications where low data rate, low cost,and long battery life are main requirements. In many ZigBee applications, the total time the wireless device is engaged in any type of activity is very limited; the device spends most of its time in a power-saving mode, also known as sleep mode . As a result, ZigBee-enabled devices are capable of being operational for several years before their batteries need to be replaced.one application of Zigbee is monitoring environment.it can connect with sensors.such as temperature sensor,humidity sensor,optical sensor and so on.slave node collect data form those sensor.and send them to host node.host node upload those data into personnel computer.in the end,it accomplish its work about monitoring environment.keywords: zigbee-chip;temperature sensor;humidity sensor;optical sensor目录1绪论 (6)1.1无线环境监测小系统的背景以及意义 (6)1.2 Zigbee技术的发展现状 (7)1.3论文的主要工作 (8)2无线环境监测系统的相关技术 (10)2.1 Zigbee协议栈 (10)2.2 Zigbee无线组网方式 (11)2.3温湿度传感器技术参数简介 (11)3总体方案 (12)3.1系统方案介绍 (12)3.2主控芯片介绍 (14)3.3太阳能模块介绍 (15)3.4 主要程序介绍 (16)4系统调试 (20)4.1元件的焊接与调试 (20)4.2 数据采集模块 (21)4.3数据采集模块 (21)5 结论 (23)1绪论1.1 无线环境检测小系统的背景以及意义无线局域网（Wireless Local Area Network）出现于1990年，一开始用于代替有线网络，但由于初期基础设施不全面，价格昂贵，所以发展及其缓慢。

近年来，由于无线通信技术的发展，出现了无线网络，无线internet，尤其是11Mb/s，54Mb/s无线局域网的推出，是无线局域网出现了新得到生机。

而本次我们就是以无线局域网为基础，进行环境监测。

无线环境监测网络是有大量节点组成的面向任务的分布式网络，他综合了嵌入式计算机，传感器，现代网络以及无线通信，分布式处理等多项技术，有传感器节点进行数据的采集，并将采集到的数据保存到zigbee子节点上，由子节点对数据进行处理，发送到主节点，主节点将收集到的数据上传到PC机，完成数据的保存，方便以后处理数据。

环境监测是一类典型的传感器网络应用，再到实际应用的时候，还包含了一些关键技术，例如节点部署，远程控制，数据采样，通信机制等等一系列技术，由于该技术具有广泛的应用相关性，所以我们在实际使用的时候，要结合实际情况进行适当的修改，并且注意关注该技术的最新科研成果，与时俱进，学习先进的算法，路由思路等等。

从而才能设计出最优化的无线环境监测系统，满足人们日常生活的需求。

本次试验是在实现无线环境监测，就是在要检测的地点布置好大量廉价的zigbee节点，组成自组织网络从而实现监测区域的数据采集，数据融合，数据传输。

与传统的环境监测相比，无线环境监测具有以下7点优点：（1）他可以完成无人环境，危险环境的数据采集，从而避免了不必要的事故。

（2），他可以减少人为因数对环境的干扰，从而提高了采集数据的准确度（3）由于zigbee可以采用自组织的方式组网，从而降低了由于个别元器件损坏，从而造成数据损失。

（4）抗干扰能力强。

（5）具有数据存储和传输能力，能将大量数据传到PC机，并且进行保存，从而有利于数据分析。

（6）采用太阳能电池板供电提高了节点的续航能力，保证了节点可以长时间正常工作。

（7）采用自行设计的电源保护电路，有效的防止了芯片被烧。

增大了系统的稳定性。

所以系统板可以满足人们对环境监测的需求。

近些年来，无线网络（Wireless Local Area Network）技术发展日趋完善，许多研究所已经开始加大对无线网络的投入，由此也诞生了许多的具有影响力的科研项目，比如SensIT，Senors Webs，Smart Dust等等。

他们推动了无线网络技术的发展。

本次试验结合大众需求，已无线网络为基础，联合传感器，从而实现环境监测，是本实验具有了实用意义。

也满足了大众对于环境监测的需求。

1.2 Zigbee技术的发展现状Zigbee是一种具有统一标准的短距离无线通信技术，其PHY层与MAC层的协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层有Zigbee联盟制定，应用层可以根据开发者的要求，进行自行设计，对它进行开发利用。

所以这项技术可以为用户提供机动，灵活的组网方式，方便用户使用。

根据IEEE802.15.4协议标准，Zigbee的通信频率分为3个频率段，三个频段的频率相距较大，并且再到各个频段上的信道条数也不相同，因而他们所对应的调制方式和传输速率也不相同。

他们分别为868Mhz，915Mhz，2.4Ghz。

其中在2.4Ghz上对应16个信道，该频段为全球免费的无线通道，任何人都可以使用。

在组网方面，Zigbee设备上可以构造星型网络和点状网络，每一个Zigbee 节点在网络中都有一个16位的短地址或者64位的长地址，所以在一个Zigbee 网络内最多可以接入的设备为2的16次方或2的64次方个。

在无线通信技术上，采用避免冲突多载波信道(CSMA CA)接入，可以防止无线电波的干扰，除此之外，也保证了传输数据的安全性，从而建立了完整的应答协议。

Zigbee设备也具有一下6点优点：(1)自动组网，网络容量大。

Zigbee网络可容纳多达65000个节点，网络中的任意节点之间都可进行数据通讯。

网络有星状、片状和网状网络结构。

在有模块加入和撤出时，网络具有自动修复功能。

(2)网络时延短。

Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。

相比较,蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。

(3)模块功耗低,通讯速率低。

模块有较小的发送接收电流,支持多种睡眠模式,一个10AH的电池,在Zigbee水表中可使用8年.Zigbee通讯速度最高可达250Kbps,适合用于设备间的数据通讯，不太适合用于声音、图像的传送。

(4)传输距离可扩展。

举例DIGI的XBEE增强型模块，相邻模块通讯距离可达1.6Km,有效距离范围内的模块自动组网,网络中的各节点可自由通讯,这样传输距离得到了扩展.(5)成本低。

Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段,故只需要先期的模块费用,无需支付持续使用费用.若采用丰宝代理的DIGI公司的Zigbee模块,则可无需再次开发,通过TTL的RX,TX便可进行数据发送接收,大量减少了产品开发周期,获得了更好的市场先机。

(6)可靠性好,安全性高。

Zigbee具有可靠的发送接收握手机制,可靠地保证了数据的发送接收,另Zigbee采用AES128位密钥,保证数据发送的安全性。

目前Zigbee设备已经投入使用，人们已经可以预测到Zigbee在未来会有更加广泛地应用，例如在无线环境监测方面，Zigbee就具有其他传统设备无可比拟的优势。

1.3 论文的主要工作本论文以无线局域网为基础，运用Zigbee无线通信模块，传感器模块构成无线环境监测系统，再到上述的原理支撑下我们选择了Zigbee2530芯片作为本次试验的主控芯片，并且选择了可以充电的锂电池作为电源。

最后外加上太阳能模块为芯片供电，使之可以长时间正常工作。

在到监测区域内放置3个上述的从节点，去采集各自节点的温湿度，光照情况，并且将采集到数据，上传至主控芯片，由主控芯片进行处理，上传至PC机，并且在到串口助手上边显示出来，最后保存在PC机上，以供用户查看。