毕业论文-环境空气质量监测系统中中心节点设计

1、 PAGE PAGE 24 PAGE PAGE 23 本科生毕业论文（设计）题目：环境空气质量监测系统中中心节点设计学 院 电子信息工程学院 学科门类 专 业 电气工程及其自动化 学 号 姓 名 指导教师 2015年04月05日摘 要随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大，ZigBee技术在近年来得到了快速的发展。由于ZigBee技术具有低功耗、成本低、低速率、近距离和网络容量大等特点，使得其得到了广泛的应用，具有十分广阔的研究前景。ZigBee协议符合OSI体系结构，ZigBee网络分为4层，从下向上分别为物理层（PHL）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL）

2、，ZigBee的最底层物理层和MAC层使用IEEE802.15.4协议。ZigBee网络包含两种功能类型设备：全功能设备中心节点和精简功能设备子节点，包含三种类型的节点，即协调器ZC、路由器ZR和终端设备ZE，支持星状网，树状网和网状网三种网络拓扑结构，分为信标和非信标两种工作模式。本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，提出了基于ZigBee协议的无线测温网络中中心节点模块的设计方案。方案中使用STC12A32S2微控制芯片和CC2530无线模块搭建了一个基于ZigBee技术的中心节点全功能模块，该模块通过DS3231进行精确的定时，并且采用无线数传模块与上位机通信。中心节点在网络中

3、充当中心节点和协调器的作用，负责向终端节点查询温度的信息，然后反馈给计算机，达到无线测温的目的。关键词：无线传感网络； ZigBee；CC2530；温度；湿度；AbstractRecently ZigBee is developing at a high speed because the application demand on low-rate wireless personal area network is increasing. ZigBee technology has been widely applied in life as it has the following key

4、 features：low power，low cost，low data rate，short distance and large network capacity. It has very broad prospects for research. According to the Open System Interconnection（OSI）reference model，ZigBee network is divided into 4 layers, respectively, from the bottom to up is physical layer (PHL), media

5、 access control layer (MAC), network layer (NWK) and application layer (APL).The IEEE802.15.4 defines the two low layers：physical layer (PHL), media access control layer (MAC);the network layer (NWK) and application layer (APL) are defined by ZigBee Alliance. Each layer provides data to its upper or

6、 management services. ZigBee application layer is composed by the application support layer (APS), ZigBee device object (ZDO) and manufacturer-defined application objects.ZigBee network contains two kinds of function devices：full function device（FDD）and reduced function device（子节点），three kinds of no

7、des：ZigBee Cooridnator（ZC），ZigBee Router（ZR） and ZigBee End device（ZE），supports three kinds of network topology：Star network，Cluster tree network and mesh network；supports two kinds of working mode：beacon mode and non-beacon mode.Through the analysis of wireless sensor and its network protocol,a met

8、hod is proposed for temperature measurement based on ZigBee protocol wireless network 中心节点 module design.The program is the use of STC12A32S2 microchip and CC2530 radio-chip to built a full function device based on ZigBee technology. The module producing precise timing with the DS3231 and using wire

9、less data transmission module communicate with computer. 中心节点 act as central node and the coordinator role in the network，responsible for the temperature to the terminal node information queries, and then back to the computer so as to achieve the purpose of the wireless measuring temperature.Keyword

10、s: Wireless Sensor Network; ZigBee;CC2530;Temperature;Humidity目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc416373863 Abstract PAGEREF _Toc416373863 h 3 HYPERLINK l _Toc416373864 引言 PAGEREF _Toc416373864 h 5 HYPERLINK l _Toc416373865 第1章 绪论 PAGEREF _Toc416373865 h 6 HYPERLINK l _Toc416373866 1.1 课题背景 PAGEREF

11、_Toc416373866 h 6 HYPERLINK l _Toc416373867 1.2国内外研究现状 PAGEREF _Toc416373867 h 6 HYPERLINK l _Toc416373868 1.3 课题研究的目的和意义 PAGEREF _Toc416373868 h 7 HYPERLINK l _Toc416373869 第2章 ZigBee协议及其网络结构 PAGEREF _Toc416373869 h 7 HYPERLINK l _Toc416373870 2.1 ZigBee网络结构概述 PAGEREF _Toc416373870 h 7 HYPERLINK l

12、_Toc416373871 2.2 ZigBee协议 PAGEREF _Toc416373871 h 7 HYPERLINK l _Toc416373872 2.3系统架构 PAGEREF _Toc416373872 h 8 HYPERLINK l _Toc416373873 第3章 系统硬件电路的实现 PAGEREF _Toc416373873 h 9 HYPERLINK l _Toc416373874 3.1 ZigBee系统的总体结构 PAGEREF _Toc416373874 h 9 HYPERLINK l _Toc416373875 3.2 方案实现总框图 PAGEREF _Toc4

13、16373875 h 10 HYPERLINK l _Toc416373876 3.3 SZ05-ZBEE嵌入式无线通信模块 PAGEREF _Toc416373876 h 10 HYPERLINK l _Toc416373877 3.4 PC机接口电路 PAGEREF _Toc416373877 h 13 HYPERLINK l _Toc416373878 3.5 温湿度数字传感器 PAGEREF _Toc416373878 h 13 HYPERLINK l _Toc416373879 3.6 光照传感器 PAGEREF _Toc416373879 h 14 HYPERLINK l _Toc

14、416373880 第4章 系统软件的实现 PAGEREF _Toc416373880 h 14 HYPERLINK l _Toc416373881 4.1 总流程图 PAGEREF _Toc416373881 h 14 HYPERLINK l _Toc416373882 4.2子程序模块分析 PAGEREF _Toc416373882 h 15 HYPERLINK l _Toc416373883 4.2.1 初始化子程序段 PAGEREF _Toc416373883 h 15 HYPERLINK l _Toc416373884 4.2.2 外部中断子程序 PAGEREF _Toc416373

15、884 h 15 HYPERLINK l _Toc416373885 4.2.3 串行中断1子程序 PAGEREF _Toc416373885 h 16 HYPERLINK l _Toc416373886 4.2.4 串行中断2子程序 PAGEREF _Toc416373886 h 17 HYPERLINK l _Toc416373887 4.3 系统软件对功耗的影响 PAGEREF _Toc416373887 h 18 HYPERLINK l _Toc416373888 第5章 系统性能测试 PAGEREF _Toc416373888 h 19 HYPERLINK l _Toc4163738

16、89 5.1 通信距离测试 PAGEREF _Toc416373889 h 19 HYPERLINK l _Toc416373890 5.2 数据传输速率测试 PAGEREF _Toc416373890 h 20 HYPERLINK l _Toc416373891 第6章 结论与展望 PAGEREF _Toc416373891 h 21 HYPERLINK l _Toc416373892 6.1 结论 PAGEREF _Toc416373892 h 21 HYPERLINK l _Toc416373893 6.2 展望 PAGEREF _Toc416373893 h 21 HYPERLINK

17、l _Toc416373894 参考文献 PAGEREF _Toc416373894 h 23 HYPERLINK l _Toc416373895 附录A 无线测温网络中中心节点模块的原理图 PAGEREF _Toc416373895 h 24 HYPERLINK l _Toc416373896 附录B 无线测温网络中中心节点模块的PCB PAGEREF _Toc416373896 h 25 HYPERLINK l _Toc416373897 附录C 源程序 PAGEREF _Toc416373897 h 26引言近年来，智能家居、无线通信、无线控制、无线定位、无线组网等词语的不断映入人们眼帘

18、。由于IT产业的迅速发展、网络的普及、家居用具的智能化以及单片机具有强有力的功能，使得它逐渐来到人们身边，进入我们的日常生活。日益相关的知识报道足以预测这类新技术一定具有很强大的生命力和广阔市场前景。ZigBee从开始的设计阶段就重点考虑了功耗的问题，大多的中心节点都是由电池供电。ZigBee技术的工作周期短，收发信息功耗低，休眠模式等方法降低了传感器网络节点的功耗，减少了ZigBee网络的成本。除了省电的优点外，Zighee技术也非常可靠。同时，ZigBee技术的成本较低，ZigBee通信协议免专利费；时延短，优化了时延敏感部分的应用；网络容量较大，一个ZigBee网路最多可以容纳254个从

19、设备和一个主设备，一个区域最多可同时存在100多个ZigBee网络；ZigBee的功能包括检查数据完整性1。本设计在ZigBee协议的基础上，提出了中心节点设计方案，完成了设计硬件电路和程序编写，最后完成了对整个网络系统的测试和数据分析。第1章 绪论无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一类特殊Ad-hoc网络，由众多无线传感器的节点组织在一起的，这些小型的节点具有无线通讯、数据采集和协同合作的能力，可以用于电源供给和布线困难或工作人员不能到达指定的区域(如受到污染大、环境不能被破坏或敌对的区域)和一些临时的场合等等2。无线传感器的网络节点可以随机的或者特定

20、的安放在目标环境中，它们之间的通讯通过对特定的协议组织起来，就能获得周围环境的相关信息并且相互协同工作以完成特定任务。在军事国防、抢险救灾、农业、环境监控、城市管理等许多重要场合都有很大潜在的使用价值，具有十分广阔的市场前景和应用前景。开发无线传感器网络采用的协议取决网络具体应用范围。ZigBee协议是为安全系统、家庭控制、建筑自动化等方面设计的一种无线传感器网络协议。本文将分析ZigBee协议的结构并基于ZigBee协议实现一种温湿度、光照传感器网络系统。1.1 课题背景随着当今社会的迅速发展，人们对通信技术的要求正在不断提升，无线通信网络技术在其中扮演着的角色越来越重要。无线通信网络技术按

21、照传输的范围来划分，可以分为无线城域网(WMAN)，无线广域网(WSN)，无线局域网(WLAN)和无线个人域网(WPAN)。其中的无线个人域网就是所谓的短距离通讯无线网络，不仅如此各种短距离无线通讯传输技术更是层出不穷3：蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、WiFi、无线USB，UWB等。由于ZigBee技术成本低、低功耗、时延短、容量大、可靠度高、安全传输等众多优点，所以它主要应用在短距离内的低速电子设备间的数据传输，因此非常适用在家电和小型电子的无线指令传输等。1.2国内外研究现状传感器网络系统研究方是当今通讯研究方向前沿性的热点之一，具有很大的科学研究意义和广阔的应用前景，已被公认

22、为21世纪最具研究价值的课题之一。我国对传感器网络系统方面的研究起步较晚，近两年才受到通讯领域的关注。国家重大研究项目中包含在“十五”科技攻关项目中的传感器网络。在民用方面，交通、环境监控、生态保护、工业控制等方面，我们可以用传感器网络及时准确的进行全方面的检测和控制。1.3 课题研究的目的和意义温湿度、光照感应和监测技术在社会生产生活各个方面都有广泛应用，如环境检测、医疗保健、科研等。目前，此项设计的意义在于对无线测温的电池供电产品化、实用化作出有益的尝试。对无线传感器网络节点的体系结构及各个模块的能量消耗情况进行了初步的分析，提出并解决无线传感器网络中心节点构架设计的系统方式，确定中心节点

23、主动的协调方式的架构设计。ZigBee通讯技术作为一种短距离通信技术，根据ZigBee通讯协议所定义的标准，若能够实现协议库的封装及模块化，使得协议在不同的硬件平台间，不同的应用系统间的能够便捷移植，才能给我们解决ZigBee实际应用中的所存在的问题带来更大的自由度和选择性4。第2章 ZigBee协议及其网络结构2.1 ZigBee网络结构概述利用ZigBee技术所组建的是一种低传输率的无线个域网（Low Rate Wireless Personal Network，LR-WPAN），网络的基本结构成为“设备（Device）”。网络中的设备按照其功能不同可分为两种：中心节点和子节点。.其中中心

24、节点可以作为个域网的主协调器、协调器，也可以作为终端设备实用。在一个网络里至少需要一个主协调器。而中心子节点功能非常简单，可以用最低端的MCU实现，在网络了只能作为不需发送大量数据的终端设备，只能和特定的中心节点进行通信。2.2 ZigBee协议ZigBee协议底层是基于IEEE802.15.4无线通讯协议。下图2-1是ZigBee协议栈的概述图:图2- 1 ZigBee协议栈概述图当前的IEEE802.15.4标准是在2003年提出的由IEEE所管理。IEEE802.15.4标准与常见的无线网络中的传输标准802.15不同，它最主要的优点是速率和功耗都很低。IEEE802.15.4网络协议栈

25、是基于开放系统互连模型(OSI)，各层都实现了一定的通信功能，并向上一层提供信号。2.3系统架构ZigBee技术是一种新兴的低功耗、低速率、近距离、低成本的无线传感器网络技术，全球统一无需申请的工作频段为2.4GHz，其协议是依据 IEEE 802.15.4 技术的物理层和数据链路层的标准，并对其进行了完善和扩展而制定的。ZigBee技术支持3种拓扑结构: 星型网、树型网和网状网，每种网络都具有各自的优点和不足，可根据实际应用来选择3种拓扑结构。整个远程无线温度测量系统包括温湿度、光照测终端、网络协调器、数据发布与处理服务器以及用户终端5。温湿度、光照测终端实时采集和发送各监测点的温度、湿度、

26、光照，与网络协调器构成ZigBee无线星型网络，由网络协调器实现数据的协调和接收，并与数据处理与发布服务器进行串口通信，普通用户终端可以通过HTTP协议在互联网的任何位置监控温测终端的温湿度、光照，系统结构如图2-2所示。图2-2系统结构第3章 系统硬件电路的实现3.1 ZigBee系统的总体结构温湿度、光照测终端由温度传感器、湿度传感器、光照传感器、无线通信模块、微处理器模块等构成，用在测点的温湿度、光照进行采样，并通过无线通信网络系统将信号发送到网络协调器中。网络协调器由无线通信和微处理器模块组成，主要用于接收以及控制各节点的温湿度、光照信息，并通过串口通信RS232将其传送至服务器上进行

27、显示和操作。硬件结构如下图3-1和图3-2所示。参照实际环境的需要，还可将显示或者报警模块安装在终端节点上，以方便安装网络的测试，同时也方便了监测点附近人员进行实地测量环境中的各种所需的数据。图3-1终端节点硬件结构图3-2网络协调器硬件结构3.2 方案实现总框图本研究的核心电路是无线测量温度、湿度、光照，网络中的全功能（中心节点）模块的设计，首先需要设计出来符合ZigBee标准的中心节点电路。该模块电路主要由三个部分组成：射频模块、MCU部分及外围电路和PC机接口电路，如图3-3所示。图3-3 中心节点硬件设计总框图外围电路包括：指示电路、程序调试端口、显示电路等。其中程序调试端口是利用IS

28、P接口来调试和下载程序；指示电路使用发光LED灯的状态来表示；显示电路选用I2C式液晶显示电路。与PC机接口电路采用RS232通信方式，通过RS-232串口提供调试过程中的信息并与PC机互交ZigBee组网过程中的信息；同时，在设计ZigBee的中心节点模块时预留了一些端口供灵活使用。3.3 SZ05-ZBEE嵌入式无线通信模块顺舟科技的SZ05嵌入式无线通信模块，集成了符合ZigBee协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一对多、多对多间的设备之间的数据传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络拓扑结构6。 SZ05系列

29、无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点。下表3-1是SZ05-ZBEE的技术指标。表3- SEQ 表3- * ARABIC 1 SZ05-ZBEE的技术指标类 别指标名称SZ05系列无线模块无线网络传输距离100 米2000网络拓扑树型、星型、链型、网状网寻址方式IEEE802.15.4/ZIGBEE标准地址ID255数据接口最大数据包256字节TTL 电平收发、标准RS232串口串口信号TxD, RxD, GND数据接口 串口速率1200 38400 bps串口校验None, Even, Odd数据位7, 8校验位1收发器调制方式DSSS 直序扩频频率范围2.405GHz 2.480G

30、Hz无线信道16接收灵敏度-94 dbm发射功率-27dBm25dBm天线连接外置 SMA天线或 PCB 天线防止冲突CSMA-CA 和GTS的CSMA-CA功 耗输入电压DC 5V最大发射电流70 mA最大接收电流55 mA待机电流10 mA节电模式110 uA睡眠模式30 uASZ05-ZBEE无线通信模块标准接口，含有电源接口、控制接口、数据接口和系统指示灯接口和天线接口等等，接口采用标准2.54双排插针，与系统接口可采用插座或者接线座模式引出到用户系统，如图3-4所示。图3- SEQ 图3- * ARABIC 4 SZ05系列嵌入式模块典型连接图SZ05系列无线嵌入式无线数据通信模块，

31、系统采用了标准Z-BEE无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信模块，它的特点是安装的尺寸小、通讯的距离远、抗干的扰能力强、组网灵活等；可以实现透明传输多设备间的数据；可组MESH型的网状网络结构，安装嵌入式模式，能使您的产品迅速集成最新的ZigBee无线技术。如图3- 5为SZ05系列嵌入式模块实物图图3- SEQ 图3- * ARABIC 5 SZ05系列嵌入式模块实物图3.4 PC机接口电路本设计采用RS-485串行通信与PC机相连接，通过串口将采集到的数据发送给计算机，然后计算机根据相应的设置进行操作，其接口电路如图3-6所示。图3- 6 RS-485通信接口电路3.5 温湿度数字传感

32、器带DHT11 数字温湿度、光照传感器是一种含有已经校准好的信号输出的温湿度、光照复合传感器。它可以应用于数字模块的采集和温湿度、光照传感器，确保每个产品都具有很高的可靠性与长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件、一个NTC 测温元件和一个光敏传感器，并与一个高性能的8位单片机连接7。因此此产品优点的有品质卓越、响应极快、抗干扰能力强、性价比极高等。接口电路如下图：图3-7温度传感器接口电路图3.6 光照传感器其中BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的

33、光强度变化8。接口电路如下图：图3-2光照传感器接口电路图第4章 系统软件的实现4.1 总流程图本设计的软件实现是通过IAR编译软件来实现的。中心节点模块主要起到协调作用，实现对下位机节点的巡检和对上位机的通信，如下图4-1所示为软件的总流程图图4- SEQ 图4- * ARABIC 1 程序总流程图从流程图上可以看出，在主程序中一直在等待，所有的功能均是通过中断来实现的，本次采用了一个外部中断和两个串行中断。两个串行中断分别实现对上位机的串行通信和对下位机ZigBee节点进行通信，该处理程序十分重要，它的处理来实现下位的低功耗9。4.2子程序模块分析该系统的子程序主要包括:初始化子程序段、外

34、部中断子程序、串行中断1和串行中断2，在以下各节中将对其分别进行分析。4.2.1 初始化子程序段#include 定义为嵌入系统初始化程序段。其中包括设置堆栈，将LCD显示位的存储区间NUM1_RAMNUM8_RAM赋值为0,设置程序状态字P4SW，将各寄存器清零，设置DS3231初始化程序，设置ZigBee接收和发送模式，设置串行口1和串行口2工作方式，设置串行通信波特率，开中断，设置中断控制寄存器，置位RS485使其处于发送状态等。4.2.2 外部中断子程序外部中断由DS3231产生，每当DS3231产生精确的1秒时都会触发外部中断0产生中断。在中断处理程序中，读取DS3231秒的值，并调

35、用显示子程序，然后向子节点子节点模块发送55H进行查询10。如下图4-2所示为外部中断流程图。图4- SEQ 图4- * ARABIC 2 外部中断流程图4.2.3 串行中断1子程序图4-3所示为外部中断流程图，串行中断1负责与上位机的通信，其采用RS485通信方式，将节点采集过来的数据通过中心节点（中心节点）上传给上位机。由于中心节点的存储空间有限，所以要及时将数据发送给电脑，在电脑中对数据进行分析、存储11。图4- SEQ 图4- * ARABIC 3 串行中断1流程图4.2.4 串行中断2子程序串行中断2主要负责对下位机的巡检，并与其通信，将节点对环境温度测试的数据采集过来，并且将接收到

36、的数据存储在相应的存储空间，通过LCD显示接收的信息。图4- SEQ 图4- * ARABIC 4 串行中断2流程图4.3 系统软件对功耗的影响ZigBee技术的优势在于其低成本和低功耗的特性，而本设计的思想也是在其低功耗的基础之上进行的研究。在整个系统中，通过中心节点和终端节点的相互配合，并提高软件的实现效率，以提高中心节点的巡检速率，进而实现对终端节点模块子节点的节能研究12。无线收发装置可以在不同的模式下工作,一般具有以下4种工作方式:发送、接收、空闲和休眠。对于小功率发射,发射模式和接收模式的消耗功率基本上是一致的,甚至接收比发射需要更多的功率,这主要取决于收发器的体系结构。空闲模式的

37、消耗功率可以比接收模式的消耗少,或与接收功率相同。为了减少无线传感器网络的平均功率消耗,使得收发模块长期处于空闲模式将会消耗大量的能量。因此,需要将收发器置于休眠状态,而不只是空闲状态,只在必要时才需要激活，使其工作在一个低占空比下。但这样的处理方式会增加复杂性,因此必须考虑额外消耗的功率和时间13。实验表明：经测试改进前的平均工作电流约为80 mA，改进后在扫描周期为60秒的情况下的平均工作电流为0.5246mA。其中在一个扫描周期内其工作状态如表4-1所示。表4- SEQ 表4- * ARABIC 1 子节点各种工作状态下的功率消耗工作状态工作电流工作时间单片机掉电、ZIGBEE掉电（RE

38、S、SLEEP、P0-P4 全高、无LCD)0.131mA59.714s单片机正常、ZIGBEE掉电6.80mA0.019s单片机休眠、ZIGBEE等待接收状态68.50mA0.150s单片机正常、ZIGBEE正常处在接收状态300mA0.003s单片机正常、ZIGBEE正常处在发送状态800mA0.006s单片机正常、ZIGBEE等待75mA0.1s单片机正常、ZIGBEE掉电6.29mA0.008s因此，一个优化的程序对节点的功耗影响是十分关键的，基于TKS的软件编写就是最大化的对程序进行了优化。本设计中心节点模块通过DS3231产生精确地同步时钟，并且每经过一个小时进行与下位机节点的一次

39、校正，保证时钟同步；每经一秒巡检一个节点，此时其它节点处于掉电状态，相对于下位机子节点节点则每经一秒循环唤醒，其余时间处于掉电状态，这样就极大地降低了功率的消耗，对ZigBee的低功耗研究具有很大的意义14。第5章 系统性能测试为分析ZigBee无线通信模块的性能是否满足系统需求，针对ZigBee的通信距离、数据传输速率和数据传输延时几个性能指标进行了测试。5.1 通信距离测试测试方法：从主节点连续单向发送时间信号给从节点，发送次数为100次，检测从节点接收信号成功率。测试结果分见表5-1、表5-2、表5-3。测试环境1：室外环境，无阻隔。表5- SEQ 表5- * ARABIC 1 通信距离

40、测试结果1距离发射功率接收成功率4025dB100%5025dB100%6025dB100%7025dB99%8025dB98%9025dB95%10025dB91%测试坏境2：室内环境，楼层阻隔（某实验楼内）。表5- SEQ 表5- * ARABIC 2 通信距离测试结果2距离发射功率接收成功率4025dB100%5025dB98%6025dB90%7025dB78%8025dB60%9025dB42%10025dB20%测试环境3：室内环境，金属阻隔物（金属阻隔物未完全封闭节点天线）。表5- SEQ 表5- * ARABIC 3 通信距离测试结果3距离发射功率接收成功率4025dB90%5

41、025dB75%6025dB54%7025dB21%8025dB8%9025dB0%10025dB0%结果分析：射频芯片的发射功率为25dBm，主从节点的通信距离在40范围之内时，接收效果良好15。当距离在40100以内，无障碍传输效果仍然比较乐观，但时，在室内环境下接受成功率比较差，特别是有金属阻隔时，超过70基本就接收不到了。如果增加发送功率，或者在节点间增加中继器，则传输距离将大大增加。测试结果说明，ZigBee无线传输方式的通信距离满足测温系统组网的要求。5.2 数据传输速率测试测试环境：室内环境，楼层阻隔，主节点和从节点距离约为50米，发射功率为25dB，不统计误码率，无重传。测试步

42、骤：（1）从节点连续单向发送设定个数的报文至主节点。在报文发送开始和发送完毕时通过串口输出提示信息至计算机屏幕，利用串口调试自带的时钟进行计时，未重传。按照此方法连续测量三次，计算其平均速率。（2）改变发送报文的设定个数，重复步骤（1）两次。测量结果：如表5-4所示。表5- SEQ 表5- * ARABIC 4 数据传输速率测试结果报文数目报文长度（Byte）起始时间结束时间传输速率（kbps）2000006010:20:3511:24:0225.11000006011:30:2511:50:4624.5700006012:00:5012:23:3125.2结果分析：CC2530数据传输的速率

43、值为250kbps，指的是爆发传输速率，在其传输过程中，允许单片机以较低的速率对射频芯片进行数据的装载。在实际应用过程中，限制通信速率平均值的主要因素是系统其它操作占用单片机的CPU资源，从而使单片机和射频芯片CC2530之间的平均数据装载速率大幅度降低。从以上的实验结果可知，实际测量数据传输速率约为25kbps。第6章 结论与展望6.1 结论本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，完成本次设计的内容：无线测温网络中的中心节点模块，它符合ZigBee组网技术，担任网络协调者，形成网络，让其它的中心节点或子节点连结，具备控制器的功能，可提供信息双向传输。对组网的方式，控制效率进行研究，并

44、且提出一套实用的方案。完成模块的硬软件设计，完成系统硬件体系结构图和系统软件设计。文章对该ZigBee全功能模块（中心节点）的设计以及软件的实现进行了详细的介绍。主要包括以下两个方面:一是设计和实现了适用于ZigBee的2.4Ghz的无线中心节点模块；二是实现基于ZigBee协议栈实现无线组网，并对其控制效率进行研究。本文中使用了STC12A32S2微控制芯片和CC2530无线芯片搭建了一个基于ZigBee技术的无线传感器网络的中心节点。该协调器负责向终端节点查询温度信息，并将所测温度通过RS-485总线上传给上位机，从而实现智能控制。综上所述，本文所取得的成果和创新点主要有：1.对测温网络中

45、的中心节点模块进行了硬件设计。采用protel99se绘制原理图，进而实现实际电路的开发，包括微处理器MCU与无线收发模块的电路连接，相应外围电路设计，PCB制作等，最终完成了能够运用到实际的中心节点模块。2.进行了测温软件开发与调试。此部分包括通信网络方案设计，通信协议的编制以及程序调试，能实现对网络各节点间的通讯。6.2 展望今天的世界已经是无线的世界，未来的世界更加是无线的天下，而ZigBee技术日趋成熟，市场上对ZigBee的应用需求越来越大。目前市场上的ZigBee解决方案，大多是基于8051、AVR、PIC或是MSP430等8位或是16位单片机，正如本设计所使用的就是基于8位的STC12A32S2单片机微处理器测温网络，虽然能够满足本设计的要求，但是仍然存在很多的不足，例如处理效率较低、单线程工作等，且随着系统的复杂性增加，其设计必然满足不了产品的设计要求，故ZigBee的解决方案向嵌入式方面发展。而随着科学技术的发展，ARM处理器越来越成为人们关注，其主要应用于工业控制领域，其低成本、功能强大、扩展灵活，都非常符合ZigBee技术的应用特点。针对本设计采用STC12A32S2微处理器来实现中心节点模块的功能，虽然满足了设计的要求，但就以后适应市场的发展，还需要做进一步的改进。由于时间的关系，