基于ZigBee技术的温度采集系统设计(2)

4.3 程序设计 .......................................................................................................... 24 第5章 总结 ................................................................................................................... 28 参 考 文 献 .................................................................................................................... 29 致 谢 ........................................................................................................................... 31

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基于Zigbee技术的温度采集系统设计

基于Zigbee技术的温度采集系统设计

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

在过去20年里，互联网（Internet）极大地方便和改变了我们的生活。就我们所熟知的几种短距离无线网络通信标准有：WIFI（无线宽带接入）、Bluetooth（蓝牙）、ZigBee等无线技术，每个标准都有它在特定领域应用的优点。

温度是日常生活中一种最基本的环境参数，自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关。在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中离不开温度的测量，在家庭生活中也是处处离不开温度的采集监控。因此研究温度测量与采集的方法及其相关硬件设备具有重要的意义，而采集测量温度的关键就是温度传感器。

温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器之首。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段:①传统的分立式温度传感器，②模拟集成温度传感器，③智能集成温度传感器[3].目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。使用以无线网络通信技术为基础的应用系统，进行温度等数据采集传输的方式已经出现在社会生活生产的每一个方面，温度等数据测量的准确度在影响生产效益的同时也逐步引起了社会各界的重视

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。本系统选择Zigbee无线通信模块结合数字温湿度传感器SHT10进行温度的采

集测量具有很好的通用型与扩展性。

1.2 无线温度采集的现状与未来展望

传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。无线传感器网络wireless sensor network（即

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WSN）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。在人们日常生产生活中它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间[19]。尽管无线传感器技术仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更大的应用。

1.3 论文的主要研究内容

本论文旨在开发一个基于ZigBee网络的实时无线温度采集控制系统。系统整体主要由 ZigBee网络组成，负责无线传感网络内部数据的采集和传输。利用温度传感器采集来的温度数据，通过Zigbee自组网技术经由终端节点上传给协调器节点整理信息再通过串口通信上传给上位机（PC机），以此对温度进行实时的监控。

基于上述架构的温度采集及控制系统具有如下的特点：首先，ZigBee 作为一种新兴的无线通信技术，它的组网灵活与低成本等特点解决了传统有线连接方式布线繁琐、扩展性和移植性差的缺点；其次，ZigBee 技术的低功耗特点使采集控制节点可采用电池供电适于放置在一些无固定电源的监控环境中。最后Zigbee标准有助于降低应用成本。和其他标准，如IEEE802.11相比，满足Zigbee和IEEE802.15.4标准的最低需求相对简单，这同时也降低了Zigbee收发器的复杂度和成本[16]。

本论文的主要研究内容可概括如下：

学习TI ZStack2007协议栈内容，掌握CC2530模块无线组网原理及过程。学习基于Zstack协议栈的无线传感器网络数据传输方法。熟悉有关Zstack2007协议栈的具体内容。

阅读SHTX0温湿度传感器芯片文档，熟悉该传感器的使用及时序操作。 使用IAR开发环境程序设计，Zstack—2.3.0—1.4.0协议栈源码例程SampleApp工程基础上，实现无线组网及通讯。即协调器自动组网，终端节点(附带温湿度传

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感器)自动入网，并采集温湿度数据广播传输，协调器接收到信息后将温湿度数据通过串口发送给 PC计算机显示。以此实现基于Zstack协议栈的数据无线透明传输。

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第2章Zigbee技术

2.1 Zigbee技术简介

2.1.1 Zigbee是什么

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用[1]。

―Zigbee‖一词源自于蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，传递所发现新食物源的位置、距离和方向等信息。可以说，是一种小的动物通过简捷的方式实现―无线‖沟通，人们借此来称呼这种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术[2]。形象的描述Zigbee：它是一种简单的东西，其核心是多信道无线通信装置和微控制器它们都被集成在一两块半导体芯片上，封装在如同小指甲盖大小的塑料制品里面。简言之，Zigbee就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通信技术。 2.1.2 Zigbee的优势

首先，各种不同功能的无线网络节点要能相互相交流、相互沟通，就需要保证网络节点的互通性，即网络的标准化。其次各种功能的无线网络节点相互间可以在任意节点间进行通信。这就需要管理越来越复杂的无线网络，这样一来，产品的部分设计被标准化，显著减小了产品设计的工作量，有利于缩短产品上市周期。

可以这样说，按照Zigbee标准设计生产出来的检测和控制产品，与那些使用其他无线标准（如Bluetooth和WiFi）的产品相比，安装更容易，功耗更低；特别是在处理远程监测及控制系统中，其区别更加明显。这种基于标准的低功率技术

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