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信息科学与技术系实验报告目录1引言 (3)1.1编写目的 (3)1.2项目背景 (4)1.3定义 (5)2总体设计 (5)2.1对无线传感器系统的要求 (5)2.2系统组成及工作原理 (6)2.2.1系统组成 (6)2.2.2工作原理 (6)3详细设计 (7)3.1硬件设计 (7)3.1.1上位机系统 (7)3.1.2下位机系统 (10)3.1.3微处理器模块 (10)3.1.4温湿度传感器SHT11 (13)3.2系统软件设计 (14)3.2.1编程思路及流程图 (14)4系统测试 (21)4.1系统测试步骤 (21)4.2系统测试结果 (22)4.3系统测试结果分析 (22)1引言1.1编写目的ZigBee技术具有低成本、低功耗、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段等优势，广泛应用于智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用等领域。

智能家庭：现今家用电器已经随处可见了，如何将这些电器和电子设备联系起来，组成一个网络，甚至可以通过网关连接到Internet，使得用户可以方便地在任何地方监控自己家里的情况？ZigBee技术提供了家庭智能化的技术支持，在ZigBee技术的支持下，家用电器可以组成一个无线局域网，省却了在家里布线的烦恼。

工业控制：工厂环境当中有大量的传感器和控制器，可以利用ZigBee技术把它们连接成一个网络进行监控，加强作业管理，降低成本。

自动抄表：现在在大多数地方还是使用人工的方式来逐家逐户进行抄表，十分不方便。

而ZigBee可以用于这个领域，利用传感器把表的读数转化为数字信号，通过ZigBee网络把读数直接发送到提供煤气或水电的公司。

使用ZigBee进行抄表还可以带来其它好处，比如煤气或水电公司可以直接把一些信息发送给用户，或者和节能相结合，当发现能源使用过快的时候可以自动降低使用速度。

医疗监护：医疗工作中，时常要获得病人的生理指标、环境指标，可以通过放置传感器构成传感器网络，实时监测这些数据。

由于是无线技术，传感器之间不需要有线连接，被监护的人也可以比较自由的行动，非常方便。

传感器网络应用：传感器网络也是最近的一个研究热点，像货物跟踪、建筑物监测、环境保护等方面都有很好的应用前景。

传感器网络要求节点低成本、低功耗，并且能够自动组网、易于维护、可靠性高。

ZigBee在组网和低功耗方面的优势使得它成为传感器网络应用的一个很好的技术选择。

此外，ZigBee技术也可以应用到汽车电子、农业生产和军事领域中。

随着物联网技术的日渐兴起，ZigBee技术将会扮演更为重要的角色。

但是，物联网的全面普及将是一个十分漫长的过程，至少目前还在探索和实验阶段，距离实用还有很长的路要走。

虽然前景一片大好，但是我们应该清楚认识到由于各方面的制约，ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日，基于ZigBee技术的无线网络应用还远远说不上成熟，主要表现在：ZigBee市场仍处于起步探索阶段，终端产品和应用大多处于研发阶段，真正上市的少，且以家庭自动化为主；潜在应用多，但具有很大出货量的典型应用少，市场缺乏明确方向；使用点对多点星状拓扑的应用较多，体现ZigBee优势的网状网络应用少；基于IEEE 802.15.4底层协议的应用多，而基于ZigBee标准协议的应用少。

无线传感网络是一种开创了新应用领域的新兴概念和技术。

当前，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。

无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。

低功耗无线传感模块研究具有极其重要的学习和研究价值，其功能的实现具有极其重要的理论和现实意义。

首先，现有的众多研究中，将性能和低功耗相结合的较少，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。

本文综合了性能和低功耗的共同需求，经过深入的分析和对芯片的数据比较，提出了低功耗无线传感模块的硬件设计思路。

其次，增加无线传感模块的应用。

无线传感模块应用已非常广泛，除去组成无线传感网络的应用外，无线传感技术还广泛的应用于环境监测，如车间温湿度、压力等；短距无线通信等。

实现了无线传感模块的低功耗，其对电能的需求就会更小，应用的范围将会进一步的扩大。

1.2项目背景无线传感模块是新兴的下一代无线传感网络节点，它是组成无线传感网络的基本部分。

最早的代表性论述出现在二十世纪九十年代末，题为“传感器走向无线时代”。

传感技术的发展经历了一般传感器、智能传感器、无线传感器等几个阶段。

一般传感器，是最早产生的传感器，只能实现数据采集；智能传感器则是在一般传感器的基础上将处理计算能力与传感器相结合，使得传感模块不但能够实现数据等信息采集，还能对所采集到的信息进行一定程度的计算和处理；无线传感器则是在智能传感器的基础上再集成无线功能模块，使得传感器不再是单独的感知模块，而是一个能够实现数据采集、处理，信息交换和控制的有机整体。

为了实现随时随地与任何人或任何设备的互联互通，无线通信技术获得了蓬勃发展。

在正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)等基础技术支持下，多种无线技术如蓝牙、Wi-Fi、WIMAX、超宽带和无线局域网获得了长足发展。

作为蓬勃发展的无线技术，近几年正是其大变革时期。

随着几种重要基础技术的推广和实际应用，无线通信的速度也将得到大大提高。

无线传感模块属于无线技术中较为底层的一个分支，由于越来越多的应用方案开始采用无线节点进行数据采集和通信。

综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等的无线传感网络,是当前的热点研究领域。

而无线传感网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障，因此无线传感模块的设计，传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。

当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。

典型的节点包括Mica 系列、Telos 、IRIS 和Imote2 等。

各平台的主要区别是采用了不同的处理器和无线通信模块。

有些节点具有高性能但功耗较大，如Imote2 节点，不适用于能量受限的应用环境。

其他一些节点，如Telos 、Mica 等，由于设计时间较早，其性能已经落后于当今的集成电路工业设计水平[4]。

因为无线传感器网络节点一般采用电池供电，工作环境通常比较恶劣，而且数量大，更换非常困难，所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一。

IT P（美国再生能源办公室工业技术计划）在2002年发布的报告“21世纪工业无线技术”第一页中引用了总统科技顾问的断言：无线传感器可将能源利用率提高10%，将能源损耗减少25%[5]。

后来的研究，如Intel ( r) Mote 的研究项目则注重了三个方面的要求，包括低功耗操作、系统级集成和硬件的重新配置，希望做到平衡功耗与性能的矛盾，但目标的实现还需要一定的努力。

M IT 发展的模块化平台对于具体的传感器有不同的硬件设计，他们的传感器的主要功能是数据收集，采用垂直连接器来使不同的处理层整合到一起，其目的是为了设计一个通用的系统来取代单一的硬件系统[7]。

随着电子技术、计算机技术以及集成技术的不断发展，传感技术也会得到不断的发展和完善。

并且会有更多的结构新、功能强、耗能低的传感器用运于各种实际的无线网络当中，以高的精确度和良好的稳定性服务于更加广泛的领域。

正是由于低功耗无线传感节点在如此广范围内的应用，使得它受到了来自军事、工业和商业以及学术专家的极大关注。

其发展方向必然是无线通信的网络化，即通过自组网的方式形成动态、自适应的无线传感网络。

而无线传感网络( WSN) 是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。

它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。

我国迫切需要提升对此的认识程度，并尽快推动其发展。

因此，以无线传感模块为基础，实现传感网络的无线互联将是一个必然的趋势。

另外由于无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。

在不同的应用中，传感器网络节点的组成不尽相同。

已有的节点，有的只考虑低功耗而性能不高，有的性能高但是功耗太大。

因此，无线传感模块的发展必然是趋向与低功耗的。

即在保证所需要实现功能的基础上，尽量的实现整个模块的低功耗，甚至在不影响整体性能的情况下适当减少部分功能来实现降低功耗的目的。

除开以上所讲两种发展趋势之外，无线传感模块的应用和发展还具有极大的发展空间和良好的发展方向。

当前对无线传感模块的应用都是静止性的，就目前存在的无线传感网络（WSN），构成网络的各个节点都是被固定的安放在一个地方，要实现对整个环境的检测，就需要向环境中投放大量的无线传感节点。

这样一来成本就会非常的高。

若实现无线传感模块对信息的移动式采集，则在同一个环境内投放更少的节点，就能实现对环境的全面检测。

正是由于当前能耗对无线传感模块的影响，低功耗研究才上升为一个热点领域，不论是使用电源或者电池供电，在实现低功耗后，无线传感模块的发展趋势必然是自生能源式的。

利用太阳能、振动能量、地热、风能等实现无线传感模块的电能供应对于全面提高无线传感模块的能力将会起到巨大的作用。

最后，基于能力存储技术的发展，电池的容量越来越大，再加上低功耗的实现，无线传感模块的适用寿命不断增加将会成为一个绝对趋势。

未来的无线传感模块必将是集稳定性与安全性、扩展性与灵活性、微型化与低成本等特点为一体的[8]。

1.3定义①无线传感模块：是指由处理器模块、无线模块、电源模块和传感模块组成的无线通信自治系统，它采用一定的频率和编码方法实现与其它模块的通信，属于无线技术的一种。

②无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）: 是由部署在监测区域内大量的具有信息采集、数据处理和无线通信能力的微小传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给观测者[3]。

③PCB:是Printed Circuit Board的缩写，中文意为印刷电路板，是搭配电子零件之前的基板，被誉为“电子系统产品之母”或“3C产业之基石”。

ZigBee一词来源于蜜蜂赖以生存的通信方式ZigZag形状的舞蹈，是一种低成本、低功耗的近距离无线组网通信技术。

2总体设计2.1对无线传感器系统的要求系统由温湿度传感器SHT11、光照传感器TSL2561，AT89S52单片机，无线数据传输模块PTR2000，PC和电源模块组成。

传感器节点通过自组织方式构成网络，将采集到的数据沿着其他节点逐跳进行传输，传输到显示模块进行数据显示。

主要技术指标（1）通信与组网：负责监测环境信息的传感器节点自组织搭建无线网络，并向管理和基础服务层提供服务支持；（2）通信频段：2.4-2.4835Hz；（3）采用通信协议标准：ZigBee协议标准；（4）借点可靠通信范围：200m；（5）传感器精度：温度0.3℃（25℃时），湿度：2.0%RH（20—80%RH），光照强度：1lx。