基于zigbee的温度监控系统论文

基于zigbee的温度监控系统摘要近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，无线通讯网络成为一个在国际上备受关注的前沿热点的研究领域。目前各种无线技术百花争艳，竞争非常的激烈，无线生活即将到来。从手机通信用的GPRS,到短距离用的蓝牙，电脑无线上网用过的Wi-Fi，各种无线通信技术已经遍布我们的生活中，然而从2004年IEEE制定出一种新的无线通信协议后，这似乎又预示着一种新的革命，虽然他的速度不是想象中的那么迅速，但是这种苗头已经悄悄地成长起来。他就是备受人们关注的zigbee协议。本文在各种无线通信中选取一种最具竞争力的蓝牙技术与zigbee技术对比，在对比出双方优越性之后我们选取了zigbee协议作为我们毕业设计。本毕业设计主要利用zigbee网络监控各种生产车间各个地点的温度值，然后通过zigbee网络传递到监控室，上位机能够实时的显示各个监控点对应的温度，并且可以设置对个不同监控点的报警温度，温度超过报警值时上位机可以视觉报警，在现场监控点可以声音报警，并且可以随意增加监控点，随意移动监控点，传输数据安全稳定可靠，采用电池供电，操作非常方便，避免了繁琐的拉线等操作。最后通过温度采集实验对系统进行了测试，结果表明，系统运行稳，效果良好。关键词：无线网络，zigbee，cc2530，温度监控WirelessDatamonitoringSystembasedonZigBeeTechnologyABSTRACTInrecentyears,alongwiththecomputertechnology,networktechnologyandwirelesscommunicationtechnologyhighspeeddevelopmentandthewidespreadapplication,wirelesscommunicationnetworkasainternationalattentionontheleadingedgeofthehotfieldsofstudy.Atpresentvariouswirelesstechnologyflowersbloomandthecompetitionisveryfierce,wirelesslifeiscoming.MobilecommunicationfromtheGPRS,toshorttheuseofbluetooth,computerwirelessInternetuseWi-Fi,allkindsofwirelesscommunicationtechnologyhasalreadyspreadourlife,however,from2004IEEEworkedoutanewwirelesscommunicationprotocol,thisseemstoandindicatesanewrevolution,althoughhisspeedisnotimaginationofsorapidly,butthiskindofsymptomhadquietlygrowup.Heismuchattentionofthezigbeeagreement.Thispaperinallkindsofwirelesscommunicationselectoneofthemostcompetitivebluetoothtechnologyandzigbeecontrasttechnology,incontrasttothebothsidesafteradvantageswechosethezigbeeagreementasourgraduationdesign.Thegraduationdesign,themainuseofzigbeenetworkmonitorallproductionworkshopeverylocationvalue,andthenthroughthezigbeenetworktransmissiontomonitoringroom,PCcanreal-timeshoweachemploythecorrespondingtemperature,andcansetthealarmforadifferentmonitorypointtemperature,temperatureoveralarmvaluePCcanvisualalarm,whocanvoicecallthepoliceatthescene,andcanbeincreasedatwillemploy,movemonitorypoint,transmitsdatasecurityisstableandreliable,Finallythroughthetemperaturegatheringexperimentonthesystemtest,theresultshowsthat,ontheoperationofthesystem,andtheresultisgood.KEYWORDS:wirelessnetwork，zigbee，cc2530，Temperaturemonitoring目录前言 1第1章zigbee概述 51.1zigbee的概念 51.2zigbee的优势 61.3zigbee的发展前景及应用 91.3.1zigbee的发展前景 91.3.2zigbee的应用 12第2章系统总体设计 142.1系统总体方案 142.1.1常用的网络拓扑结构 142.1.2网络拓扑结构的选择 162.2芯片的选择 172.3协议栈的介绍 17第3章系统硬件电路设计 193.1硬件部分总体介绍 193.2电源部分设计 203.3显示部分的设计 213.4按键部分设计 223.5温度采集与报警设计 243.5.1温度采集电路 243.5.2报警电路 243.6其余电路的设计 253.6.1串口调试电路的设计 253.6.2状态指示灯电路的设计 26第4章系统软件的设计 274.1软件部分总体介绍 274.1.1软件设计整体流程 274.1.2网络通道和PANID的选择 284.2开发环境的介绍 294.3协调器的软件设计 344.3路由的软件设计 354.3终端节点的软件设计 36第5章上位机设计 38第5章测试结果 40结论 42谢辞 43参考文献 44附录 45硬件原理图 45部分代码 46外文资料翻译 56前言选题背景和意义随着计算机软硬件技术、网络技术和工业综合自动化系统整合水平的不断发展，对监控数据传输的实时性、数据接口的开放性以及数据链接的安全性的要求越来越高，有线控制网络的局限性也越来越突出。本课题的主要来源于工业控制中，虽对数据的实时性要求不高但距离控制终端较远:同时需要及时的对其状态进行监测，反映故障，但生产现场环境复杂，这些情况都导致了布线不方便，且升级维护费用昂贵，同时这些情况的实时数量都不大，使用一种低速低功耗的无线网络就可以很好的解决这些问题.在工业控制环境下的短距离无线网络技术己成为近年来业界的研究热点之一，基于Bluetooth(IEEE802.15.1),Wi-Fi(IEEE802.11)和ZigBee(IEEE802.15.4)等协议的无线网络技术相继问世。其中ZigBee短程无线网技术以其数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等优势，在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力[1]。ZigBee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准。它出现的时间较短，2004年底才由ZigBee联盟发布了1.0版本规范，尚未进入大规模的商业化生产和应用;但是，它的上升势头十分明显，已有Chipcon、Freescale、CompXs、Ember四家公司在2005年4月通过了ZigBee联盟对其产品所作的测试和兼容性验证。预计从今年开始，基于ZigBee的无线通信产品和应用会迅速得到普及和高速发展[2-4]。将设备数据采集之后再通过无线ZigBee网络进行传输是ZigBee技术在工业现场环境中的一种应用，这种新兴的技术必将给工厂现代化注入新的活力。传统的工业数据采集与控制系统，其数据传输一般以工业控制总线作为介质，以致大都局限于本地的近距离范围之内应用。随着国民经济发展，企业及机构的管理规模不断扩大，其需要管理与控制的对象更趋多样性，甚至具有流动性，分布的范围也涉及到不同的地域。为了对这些分散的对象进行有效的集中管理，对远程及移动数据采集与控制的需求也就日益迫切[5-6]。ZigBee技术填补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空白，其使用的便捷性是该技术成功的关键，它适用于短距离小范围的基于无线通信的控制领域，必将在工业自动化等领域得到广泛的应用[7]。数据采集技术已经相对成熟，将它重新构建于ZigBee网络平台之上，将成熟技术的稳定性和新技术的便捷性充分结合起来，这种结合对于工业现场十分必要。减少了在某些场所有线网络布线以及工人人工采集数据的不便，同时可以方便的于各种传感器搭配用于不同的场合[8]。无线采集系统的研究现状无线采集系统是新一代的无线采集系统，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。各国都非常重视无线网络的发展，IEEE正在努力推动无线网络的应用和发展。目前众多的无线网络技术中，ZigBee技术作为一种新兴的无线网络技术，在工业控制、消费电子等领域以及科研开发中得到了关注和使用，显示出其强劲的应用势头。无线采集系统在民用方面涉及城市公共安全、公共卫生、安全生产、智能交通、智能家居、环境监控等领域。国内从事无线传感器网络应用的大企业目前为数不多，小型企业呈现蓬勃发展的势头。随着科学技术的飞速发展，特别是在全球信息技术及其产业化的推动下，无线数据采集将会趋向于网络化、智能化、安全化的方向发展。基于无线网络技术的数据采集系统应运而生，并将成为未来数据采集系统的重要发展方向。智能采集系统是一种综合性的、多学科的高科技技术集合，它涉及电子、机械、计算机技术、通信技术等诸多领域。芯片的选择TI公司的CC2530系列单片机是一个8位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。我国的多数读者对89C51系列的单片机是很熟悉的，下面是它们之间的对比：首先，89C51单片机是8位单片机，其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，共具有111条指令。而MSP430单片机是16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，只有简洁的27条指令。这些内核指令均为单周期指令，功能强，运行的速度快。其次，89C51单片机本身的电源电压是5V，有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。正常情况下消耗的电流为24mA，在待机状态下，其耗电电流仍为3mA；即使在掉电方式下，电源电压可以下降到2V，但是为了保存内部RAM中的数据，还需要提供约50uA的电流。而CC2530系列单片机在低功耗方面的优越之处，则是89C51系列不可比拟的。CC2530系列单片机的电源电压采用的是1.8~3.6V～电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200~400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。因此，CC2530更适合应用于使用电池供电的仪器、仪表类产品中。也正因为如此，本系统设计了了以无线通信领域最前沿的ZigBee技术为平台，TI公司的CC2530单片机作为无线采集系统，以减少经常更换电池给用户带来的不便。ZigBee作为无线领域最前沿的通讯技术，其突出特点是信息传输安全可靠，另外其通讯协议对外开放，便于组网，使得研发成本大大降低，因而，从技术先进性和产品的研发成本来看，Zigbee技术非常适合应用于门禁领域。由于ZigBee技术本身是一种新的系统集成技术，应用软件的开发必须同网络传输、射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起，使之逐渐成为无线通讯领域一个新的研究热点。然而到目前为止，国内外基于该技术的无线采集系统为数不多，成熟化产品更加缺乏。目前，国内外嵌入式射频芯片中，CC2530芯片是性能最好、功能更强的一个。它结合了市场领先的ZStackTMZigBeeTM协议软件和其他Chipcon公司的软件工具，为开发出无接口、紧凑、高性能和可靠的无线网络产品提供了便利。相信在未来几年，它的应用将会涉及到社会的更多领域。四、课题研究内容本课题是研究基于ZigBee技术的无线采集系统，主要对无线采集系统中的ZigBee节点(包括MCU和无线传输模块)的进行研究和应用。本文主要研究了以下内容：基于ZigBee模块(包括MCU、无线传输模块)设计的硬件电路。设计了路由器、协调器和终端的无线通信网络，实现点对点之间的无线通讯的软件设计。借助于计算机，实现将采集到的信息通过路由器、协调器和终端传输到计算机上，并将来自计算机的信息进行整合，从而使操作人员更好的对其进行数据分析。五、作品的科学先进性目前，各种无线传输技术林立，应用广泛。每个技术都有其立足的特点或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求，或着眼于功能的扩充性，或符合某些单一应用的特别要求，各种短距离无线通信技术都在争取成为市场标准。基于ZigBee技术的门禁系统是以无线通信领域前沿的ZigBee技术为平台，以超低功耗单片机CC2530为核心的无线数据系统，在可靠性、安全性、高效性方面具有较大优势。成本低，超低功耗，操作方便，具有极强的可靠性、可扩充性和安全保密性。适用于军队、工业监测及控制、建筑自动化、安全家居、游戏器具、远程监控系统。该系统技术先进、性价比高、应用范围广，因而市场前景广阔，会带来较好的经济效益和社会效益。第1章zigbee概述1.1zigbee的概念“ZigBee”是什么?从字面上猜像是一种蜜蜂。因为“ZigBee”这个词由“Zig”和“Bee”两部分组成，“Zig”取自英文单词“zigzag”，意思是走“之”字形，“bee”英文是蜜蜂的意思，所以“ZigBee”就是跳着“之”字形舞的蜜蜂。不过，ZigBee并非是一种蜜蜂，事实上，它与蓝牙类似是一种新兴的短距离无线通信技术，国内也有人翻译成“紫蜂”。这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始说起，早在上世纪末，就已经有人在考虑发展一种新的通信技术，用于传感控制应用(sensorandcontrol)，这个想法后来在IEEE802.15工作组当中提出来，于是就成立了TG4工作组，并且制定了规范IEEE802.15.4。但是IEEE802的规范只专注于底层，要达到产品的互操作和兼容，还需要定义高层的规范，于是2002年ZigBeeAlliance成立，正式有了“ZigBee”这个名词。两年之后，ZigBee的第一个规范ZigBeeV1.0诞生，但这个规范推出的比较仓促，存在一些错误，并不实用。此后ZigBeeAlliance又经过两年的努力，推出了新的规范ZigBee2006，这是一个比较完善的规范。据联盟最新的消息，今年年底将会发布更新版本的规范ZigBee2007，这个版本增加了一些新的特性。从ZigBee的发展历史可以看到，它和IEEE802.15.4有着密切的关系，事实上ZigBee的底层技术就是基于IEEE802.15.4的，因此有一种说法认为ZigBee和IEEE802.15.4是同一个东西，或者说“ZigBee”只是IEEE802.15.4的名字而已，其实这是一种误解。实际上ZigBee和IEEE802.15.4的关系，有点类似于WiMAX和IEEE802.16，Wi-Fi和IEEE802.11，Bluetooth和IEEE802.15.1。“ZigBee”可以看作是一个商标，也可以看作是一种技术，当把它看作一种技术的时候，它表示一种高层的技术，而物理层和MAC层直接引用IEEE802.15.4。事物是不断的发展变化的，尤其是通信技术，可以想象将来的ZigBee可能不会使用IEEE802.15.4定义的底层，就跟蓝牙(Bluetooth)宣布下一代底层采用UWB技术一样，但是“ZigBee”这个商标以及高层的技术还会继续保留。ZigBee不仅只是IEEE802.15.4的名字，IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。IEEE802.15.4技术标准是ZigBee技术的基础，完整的ZigBee协议套件由应用层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。ZigBee具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全、工作频段灵活等诸多优点，无论未来几年ZigBee的市场占有率如何，它的发展空间仍具有相当大的潜力。因此，对ZigBee无线网络的数据传输安全进行研究具有非常重要的实践意义1.2zigbee的优势ZigBee技术优势ZigBee技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势。网状网优势MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；

Mesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护；

MESH网络机构还可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模；

MESH网络还具备自组织、自愈功能。抗干扰性能强

ZigBee在低信噪比的环境下ZigBee具有很强的抗干扰性能；

ZigBee技术在相同的环境中，ZIGBEE抗干扰性能远远好于蓝牙和WLAN。

ZigBee的抗干扰性能是蓝牙、WLAN和FSK的1000倍。

ZIGBEE技术的抗干扰设计

ZIGBEE在物理层采用高处理增益的直序/频率快变DS/FA技术（DirectSequence/FrequencyAgility）；

ZIGBEE的处理增益最大，抗干扰和抗多径时延扩展的能力也越强；ZIGBEE具备的频率快变就是改变频率，以避开从一个已知干扰源或信号源来的影响的能力；

实验证明IEEE802.15.4/ZigBee的误码率，特别是在信噪比为4dB的情况下可达到10-9；达到同样误码率，蓝牙/802.15.1信噪比要达16dB，802.11b要达10dB，ZIGBEE的抗干扰性能明显高于蓝牙和WLAN技术。

ZigBee可靠链接

ZigBee技术RF物理层上的设计保证了较强的抗干扰能力和通信可靠性；

ZigBee技术在通信协议上的可靠设计，保证了较强的抗干扰能力和通信可靠性。

ZIGBEE和蓝牙性能比较表1-1ZIGBEE和蓝牙性能比较

ZIGBEE蓝牙设备功耗低功耗，远远蓝牙功耗比较高网络节点65535个7个传输距离1-2000m+1-10m设备成本低成本，高可靠成本高应用范围采集、控制数据传输语音、图象传输ZIGBEE和FSK电台性能比较表1-2ZIGBEE和FSK电台性能比较

ZIGBEEFSK电台无线频段2.4G免费频段国家非开放频段调制方式DSSS扩频通信FSK频移键控方式抗干扰能力很好不如ZIGBEE频点串扰频点间距大，无串扰不同频段间可能串扰符合标准ZIGBEE、802.15.4国际标准无统一标准组网性能星型、树型、MESH网状网星型、树型，一般无路由能力ZIGBEE与WLAN共存

ZIGBEE和WLAN共同工作在2.4G的频段，利用ZIGBEE的#15、#20、#25和#26信道，可有效避免与802.11b的信#1、#6、#11信道的相互干扰此外，符合下列条件之一的无线通信应用都可以考虑采用 ZigBee技术：设备间距较小；不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新；设备体积很小，不容许放置较大的充电电池和电源模块；只能使用一次性电池，或无法频繁更换电池或反复充电；需要覆盖的范围较大，网络内需要容纳的设备较多，网络主要用于监测或控制。ZigBee是一项新兴的短距离无线通信技术，在协议制定时就专门针对大网络扩充性和省电所设计[19]，同时，它已经被业界认同为传感器网络的基本通信组件，保证了ZigBee独立的生存空间。由图1-1可知，主要的无线技术主要集中在1Mbps以上的速率，新的标准还在追求更高的速率，而ZigBee技术恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺，与其他标准在应用上几乎无交叉。在实际应用环境中，低速率、低成本的无线通信在自动控制、无线传感器网络、家居自动化、门禁系统等诸多领域更贴近日常生活，具有广泛的市场，因此在该设计中我们选用了ZigBee技术。图1-1几种无线通信技术的速率和距离比较1.3zigbee的发展前景及应用1.3.1zigbee的发展前景从2005年起开始崭露头角的ZigBee低功耗无线传输技术，在当时曾经引起市场上的广泛注意。然而，几年过去，此一市场并未如当初所预期的快速成长。尽管受限于标准制订、价格、技术未臻成熟的多项因素影响，ZigBee技术本身的独特性与应用领域，仍是有可让人期待的前景。在台湾地区，虽然缺乏知名大厂的带头投入，但是近来仍是有不少业者在默默耕耘，开发各种的ZigBee应用，希望能等待时机，为此一尚未起飞的市场做好准备。

ZigBee是一种低功耗无线传输技术，其特色是网络扩充性极强，可透过连结形成庞大的智能网络。从2005年被正式纳入IEEE

802.15.4标准规范后，2006年起便有Freescale、TI、ST、NEC、Ember、Jennic、Oki、Renesas等厂商推出相关芯片产品，而国内也有达盛电子(UBEC)投入ZigBee的芯片开发。

ZigBee最吸引人的特性，就在于低功耗、低成本与网状网络(Mesh

Network)的拓朴架构，一台主机可同时对应到6万4千多个终端设备。由于ZigBee的市场定位明确，主要锁定包括大楼自动化、工业、医疗及家庭自动化等领域，能够利用这样的无线感测网络(WSN)来进行温度、湿度、灯光等环境侦测，进而拓展在日常生活中的多种应用方式。也因此，在ZigBee标准刚浮上台面之初，的确吸引了不少市场的目光。许多市场研究公司也大力看好这项技术的发展前景。

例如，在2005年底，市场研究公司NSR曾发布报告指出，首批具备ZigBee功能的产品将于2006年第一季在北美、欧洲和亚太地区展开，该机构并预估，到2010年，全球将可望部署5.8亿个ZigBee组件，成长非常快速。同样地，市调机构In-Stat也曾在2005年发布新闻指出，“五年内，ZigBee成长将超过200%。”

然而，从几年前的那股热潮，到现在ZigBee的发展似乎不如当初的预期。就在今年初，同样也是In-Stat，却发布了一份‘ZigBee发展前景难以预料”的报告。报告指出，虽然整体ZigBee节点与芯片出货量将会从2006年的500万个，到2011年成长到1.2亿个，而且最近在自动电表领域获得了新的关注，但是由于竞争技术多，它在家电市场得到普及的可能性低，前景未定。

尽管几经起伏，国内仍有一些业者在进行ZigBee相关应用的开发，先行试探市场对于此一技术的接受度与反应，等待市场机会的到来。

已投入ZigBee应用开发两年多时间的世和数字科技公司，该公司技术长陈智盛表示，投入ZigBee主要是因为符合其母公司世正开发公司对于智能型建筑的需求，“我们认为对于办公室、家庭住宅的管理自动化、安全性、节能等各方面需求，未来将会持续成长。而ZigBee的无线感测网络、低耗电特性，在定位、温/湿度感测方面的应用，会有很大的商机。”

目前，世和已经在内湖一个1000多坪的社区中，建置ZigBee定位与门禁管理系统，同时也将在南港软件园区第三期工程中，建置包括一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度的环境品质感知系统，利用ZigBee感测点侦测环境数据，以及其约200K的数据传输特性，希望能达到自动调节环境品质的目标。此外，它也与相关业者开发智能型照护产品。

而去年才开始进行ZigBee模块与系统软件开发的胜浤科技，该公司项目经理赵正义表示，“ZigBee的应用非常多元，常常我们解释完此技术的特性，许多客户就能提出不同的应用方式，市场对于此技术的兴趣程度，的确是在增加中。”

当然，他也提到，之前台湾曾有一家知名的无线通讯业者投入，但是最后却宣告弃守。此市场由于标准仍缺乏互通性、量不够大、实际部署时的稳定度、可靠度与耗电效能等尚需提升等多方面因素，还是有一些困难需要克服。

赵正义认为，开发ZigBee应用的主要核心技术是在软件，对于价格因素，他倒是觉得目前一个感测点约1000元台币的价格，对某些特定的先期应用来说，应该已经是可以接受的范围。

目前胜浤已经在某政府机构进行机房安全管制的ZigBee应用部署测试，赵正义表示，不管是工业自动化、医院资产管理、自动超表、电器遥控等，目前都有客户表示兴趣，并在接洽中。

近几年来积极在国内推广ZigBee应用的资策会网络多媒体研究所，其环境感知与控制技术中心组长洪志宏表示，虽然目前整个产业尚未起来，但是国内还是有许多公司在进行相关产品、应用的开发。他说，“虽然目前投入的厂家大都以中小型业者为主，但仍有一些知名的家电以及网通正在默默的进行，或许要等到时机更成熟一点，才会有更公开的动作。”

尽管如此，经过3~4年的推广，洪志宏表示，已有多家厂商技术移转了资策会开发的ZigBee

stack，进行产品开发，不管是在社区、家庭、医疗照护等各方面，都已经有了实际的产品推出。

举例来说，睿盛科技已经推出ZigBee网关器，试图拓展‘智能化居住空间’的商机。此外，像是泰博科技也开发出内建ZigBee传感器的血压计、血糖计，希望将ZigBee应用在医疗照护应用上。

针对ZigBee市场进展的缓慢，他认为，“除了价格因素外，软件开发的门槛高，业者缺乏自主的stack技术，这些都是影响ZigBee实际部署的原因。”

洪志宏解释说，虽然目前ZigBee芯片的报价大概是4美元左右，但是由于数量不高，真正到应用端的ZigBee模块通常都要约千元台币，这样价格除非是特定应用，否则市场难以接受。

但是，就好象是鸡生蛋蛋生鸡的问题一样，市场没有起来，模块价格自然也掉不下来。他指出，其实就硬件技术来看，市场上的芯片都已经就绪，最大的问题在于软件stack开发上的问题。“当然有些半导体业者会提供stack，但都不是非常完备的，业者还是得依照应用需求，自行进行修改与测试。这一部分的门槛，是台湾导入ZigBee应用的最大瓶颈。”

“另一方面，ZigBee锁定的是类似大楼/工业自动化等应用，需要更专业的系统整合(SI)厂商能够将这项技术导入到相关的应用中。但是，我们现在有芯片方案、有模块厂商，但还没有SI业者能将这个产业链串起来，开发更好的应用，将ZigBee产品带到客户端，这些都是目前市场上欠缺的。”1.3.2zigbee的应用上面介绍了ZigBee的一些技术优势，也谈到了不足之处，目前有些说法把它跟其它他的无线技术，如Wi-Fi、Bluetooth、RFID、NFC等等进行类比，说某种技术不如另一种，甚至说某种技术要取代另一种，这样的说法是片面的。作为一种低速率的短距离无线通信技术，ZigBee有其自身的特点，因此应该有为它量身定做的应用，尽管在某些应用方面可能和其他技术重叠。下面就来简单看看ZigBee可能的一些应用，包括智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用和电信应用。智能家庭：家里可能都有很多电器和电子设备，如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、电脑、空调等等，可能还有烟雾感应、报警器和摄像头等设备，以前我们最多可能就做到点对点的控制，但如果使用了ZigBee技术，可以把这些电子电器设备都联系起来，组成一个网络，甚至可以通过网关连接到Internet，这样用户就可以方便的在任何地方监控自己家里的情况，并且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：抄表可能是大家比较熟悉的事情，像煤气表、电表、水表等等，每个月或每个季度可能都要统计一下读数，报给煤气、电力或者供水公司，然后根据读数来收费。现在在大多数地方还是使用人工的方式来进行抄表，逐家逐户的敲门，很不方便。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：电子医疗监护是最近的一个研究热点。在人体身上安装很多传感器，如测量脉搏、血压，监测健康状况，还有在人体周围环境放置一些监视器和报警器，如在病房环境，这样可以随时对人的身体状况进行监测，一旦发生问题，可以及时做出反应，比如通知医院的值班人员。这些传感器、监视器和报警器，可以通过ZigBee技术组成一个监测的网络，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。电信应用：在2006年初的时候，意大利电信就宣布她研发了一种集成了ZigBee技术的SIM卡，并命名为“ZSIM”[5]。其实这种SIM卡只是把ZigBee集成在电信终端上的一种手段。而ZigBee联盟也在2007年4月发布新闻，说联盟的成员在开发电信相关的应用[6]。如果ZigBee技术真得可以在电信领域开展起来，那么将来用户就可以利用手机来进行移动支付，并且在热点地区可以获得一些感兴趣的信息，如新闻、折扣信息，用户也可以通过定位服务获知自己的位置。虽然现在的GPS定位服务已经做得很好，但却很难支持室内的定位，而ZigBee的定位功能正好弥补这一缺陷。第2章系统总体设计2.1系统总体方案Zigbee的主要优势是低功耗和组网，网络的组建是zigbee不同于其他无线协议的主要优势所在，一个网络的组建形式决定了整个系统能否畅通，顺利的工作，因此选择合理的网络结构是非常重要的。2.1.1常用的网络拓扑结构1．星状连接各个网络节点通过中心节点实现网络连接。星状连接方式的结构简单，它只能组建包含较少的无线节点的无线网络。星状结构如下图图2-1状结构每个节点都只能和协调器通讯。一个典型的星形网络构建过程是这样的：一个被注入协调器程序（软件）的FFD（硬件）开始工作后，开始着手构建网络，他要做的第一件事就是要在他无线电波所覆盖到的空间区域内，先选择一个唯一的PAN网络标识号这个标识号一定要是附近其他网络没用到的。2．树状连接在星状连接方式的基础上，发展出了串状连接方式（有时也称树状连接）。串状连接的结构是在星状连接的基础上，增加了若干转发节点（灰色节点），这些转接点之间可以相互通信。一个星状网络中的基本节点（空心节点）若要发送信息到另一个星状网络的基本节点上，须通过转发节点进行转发。树状结构如下图图2-2树状结构图1.8也展示了router是如何扩展网络，甚至如何绕过障碍物的。比如A想和B说话，但是中间有墙挡的，信号强度又穿透不了，这个时候树形的网络结构就可以通过其它router传递信息，并最终到达B。我们有时把这种方式叫“多次反射”(multihopping)，因为信息从一个节点反射到另外一个节点，最终到达目的地。这样就扩大了整个网络的信息覆盖面。3．网状连接为了实现任意无线节点之间都可以传递信息的目标，在串状连接方式的基础上又发展了网状连接方式。网状连接方式又称为点到点到点（point-to-point-topoint）方式，它与传统的点到多点连接方式最大的不同是，网状连接方式中的每一个节点都有无线微处理器，所以无需无线路由器就可以实现与另一节点之间的互连。由于这个新的网络特征，每个无线节点不仅可以收发信息，还可以自动转发信息到网络中的其他任意节点。由于网状连接方式中每个节点的智能化，所以，当网络中任一节点故障时，附近的无线节点会代替该故障的节点，继续进行信息的传输和转发，从而大大提高了系统可靠性。同时，由于任意无线节点之间通过无线连接就如接力赛跑一样，信息可以通过无线节点组成的网络传输到更远的地方。网状结构如下图图2-3网状结构2.1.2网络拓扑结构的选择本系统采用网状结构，通过传感器节点采集温度，并发送这些数据到中心收集节点进行处理。当采集节点的距离太远是我们必须增加路由节点的传递采集节点要发给中心收集节点，在采集节点与中心收集节点之间合适的位置放置几个路由器将大大提高整个网络的稳定传输，为了简单期间，只有一个中心节点收集这些信息，处理后通过串口送到计算机，这些信息可以在串口调试工具或超级终端上看到。同时要做到：自动形成一个网络。传感器设备必须自动加入网络，并在手工操作下完成绑定。如果传感器设备没有从中心点收到应答，那么将自动移除到该中心节点的绑定，然后自动地发现新的中心节点绑定，从而实现各个模块的成功绑定。2.2芯片的选择zigbee网络节点硬件设计的的核心是微处理器芯片。微处理器模块在无线收发模块的协作下完成zigbee网络的建立与维护，数据采集与处理，无线数据收发以及zigbee2007协议栈的正常运行[3]。在网络节点的硬件设计中可以根据成本与操作可行性等因数选择不同的的设计方案，本设计选择集微处理器模块和无线收发模块于一体的单芯片解决方案。设计选用ti公司最新zigbee芯片cc2530f256，工作在2.4ghz频段，是符合ieee802.15.4规范的真正片上系统解决方案，也是目前众多zigbee设备产品中表现最为出众的微处理器之一。其主要特性如下：(1)片内集成增强型高速8051内核处理器，支持代码预取;256kflash程序存储器，支持最新zigbee2007pro协议;8k数据存储器;支持硬件调试[3]。(2)支持2v-3.6v供电区间，具有3种电源管理模式：唤醒模式0.2ma、睡眠模式1ua、中断模式0.4ua。包括处理器和智能片内外设在内的模块，具有超低功耗的特点[3]。(3)片内集成5通道dma;mac定时器;1个16位、两个8位普通定时器;32khz睡眠定时器;电源管理与片内温度传感器;8通道12位ad转换器;看门狗等智能外设[3]。高密度集成化电路节约设计成本。(4)应用范围包括2.4g-hzieee802.15.4系统、rf4ce远程控制系统、zigbee网络、家居自动化、照明系统、工业测控、低功耗wsn等领域。2.3协议栈的介绍系统软件设计是在硬件设计的基础上进行的，良好的软件设计是实现系统功能的重要环节，也是提高系统性能的关键所在。节点设计基于通用性及便于开发的考虑，本设计移植了TI公司的Z-Stack协议栈，其主要特点就是其兼容性，完全支持IEEE802.15.4/ZigBee的CC2530片上系统解决方案。TI的Z-Stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里。强大的IAREmbeddedWorkbench除了提供编译下载功能外，还可以结合编程器进行单步跟踪调试和监测片上寄存器、Flash数据等。Z-Stack根据IEEE802.15.4和ZigBee标准分为以下几层：API（ApplicationProgrammingInterface），HAL（HardwareAbstractLayer），MAC（MediaAccessControl)，NWK（ZigbeeNetworkLayer），OSAL（OperatingSystemAbstractSystem），Security，Service，ZDO（ZigbeeDeviceObjects）。使用IAR打开工程文件SampleApp.eww后，即可查看到整个协议栈从HAL层到APP层的文件夹分布。该协议栈可以实现复杂的网络链接，在协调器节点中实现对路由表和绑定表的非易失性存储，因此网络具有一定的记忆功能。Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。第3章系统硬件电路设计3.1硬件部分总体介绍本设计将温度传感器采集来的数据通过zigbee协议传递到上位机显示，并能够在现场实时显示采集的温度，人机交互采用按键控制，LED灯闪烁，和数码管指示，系统框图如下图。图3-1系统硬件结构图如上图所示核心处理芯片为CC2530，其供电方式可以有两种选择，如果作为中端节点可以用电池供电，如果作为协调器可以用外部电源供电，温度传感器将检测到的温度数据传递给CC2530，CC2530将通过zigbee无线协议发送给目标设备，CC2530的外围设备还有键盘输入，可以控制CC2530人为的实现某些功能，数码管显示可以显示当前采集的温度数据，LED指示灯指示一些状态信息，串口用于调试设备，如果作为协调器则用于与上位机通信。3.2电源部分设计CC2530的供电电源为3.3V，其误差范围为±0.5V。我们最常用的电源为5V，比如普通的直流电源和电脑的USB借口电源都是5V的，所以如果给CC2530供电我们有两种选择。第一普通的干电池电压在1.5V左右，如果是新干电池其电压范围一般都在1.5V以上，所以两节干电池串联起来其电压值可以达到3.2V左右，实际测量中其值为就在3.2V左右，这个误差范围在CC2530电源误差范围之内，所以用干电池供电时一种供电方式。第一我们采用稳压芯片，在市场中最常用的3.3V稳压芯片为AMS1117，如图3-2所示图3-2AMS1117其典型电路图如下图图3-3AMS1117典型电路使用输入旁路电容，10uF的钽电容适用于几乎所有的应用。输出电容如果使用钽电容，AMS1117要求输出电容的最小值为10uF。真对本设计的电源设计如下图所示图3-4供电电源电路供电电源灯选择通过跳线帽P1来选择，选择12为直流电源供电，选择23为电池供电，在此加了一个电源指示灯和一个六脚的开关，单独打开开关时无法供电的，只有将跳线帽跳到对应的位置时才能正常供电。3.3显示部分的设计本设计的显示采用数码管显示，如下图所示图3-5供电电源电路数码管的驱动采用串入并出芯片74HC595，该芯片利用SPI协议三根线就能完成数据的传输，即时钟线SCK、数据线SI、片选信号线RCK。另外该芯片还能实现级联的方式，三根线就可以实现多个数码管多位的显示，本设计只使用了连个级联驱动两个数码管。该芯片使用方便，在显示速率上是能够满足要求的的，节省控制器的IO口。本设计为了避免IO口的复用，使用跳线帽选择该三个IO口。3.4按键部分设计在z-stack中，其大部分的硬件驱动程序都是根据TI生产的开发板写的，所以大部分的硬件驱动是不适合我们使用的。针对按键这部分，TI公司共使用了7个按键，其中一个摇杆型的joystick按键包含了5个按键功能，剩余一个普通的按键和一个复位按键，由于我们不具备joystick这种按键，所以在自己的硬件上根据TI这种按键的使用方法制作了AD键盘，AD键盘共有5个按键，分别为上、下、左、右、中原理图如下图，在PCB布局上就按照1-5分别对应上下左右中的顺序布局。图3-6AD键盘电路该电路时通过按键后在采集点采集的电压值不同来对应不同的按键编号的原理制作的，这样的按键只需要一个AD采集接口，使用简单方便，按键个数可以根据需要随意增加，但是这种按键的弊端是在按键抖动比较厉害的时候，误判率是比较高的，一般在按键上加一个去抖电容。在本设计中，由于按键的抖动比较小，就没有加去抖电容。普通按键和复位按键的设计比较简单，按键直接接地即可，电路如下图。图3-7普通按键电路3.5温度采集与报警设计3.5.1温度采集电路温度传感器我们采用单总线的DS18B20，其硬件电路比较简单，使用比较方便，而且读取的温度值非常准确，适用与一般环境下的温度采集。其电路图如下图所示图3-8普通按键电路该电路设计非常简便，但是单总线的传感器的时序一般都比较复杂，同样DS18B20的时序是很复杂的，所以硬件的简便必然要软件区弥补。3.5.2报警电路报警电路采用普通的蜂鸣器报警，蜂鸣器又分为两种，一种是有源的一种是无源的，有源的频率是固定的，就是说有源的发声是比较单一呆板的，所以这里我们采用无源蜂鸣器，这样报警的音调我们可以自己去控制，这样报警的效果要好很多。蜂鸣器我们采用三极管直接驱动，这样大大提高了报警的音量。报警电路如下图所示图3-9报警电路3.6其余电路的设计3.6.1串口调试电路的设计如果设备作为协调器将用到串口与上位机通信，如果作为终端节点则要用到串口调试的功能，在z-stack中也定义了串口调试的任务，所以串口电路的设计也是必不可少的。电路图如下所示图3-10串口电路串口电路要注意几点，首先DB9的顺序不能接错，其次串口电平转换有两种形式，第一是5V的，此时电平转换芯片要使用MAX232，第二是3.3V的，此时电平转换芯片要使用MAX3232；再次，在使用电平转换芯片的时候也有两种可供选择，第一就是MAX系列，这时与芯片V+管脚连接的电容的另一端要接VCC，另一种是SP系列，此时与芯片V+管脚连接的电容另一端要接地。3.6.2状态指示灯电路的设计状态指示灯的设计就比较简单，但是也是不可少的，设备的启动状态，是否启动成功，是否脱离网络，是否绑定成功等等一些列的状态信息都可以通过指示灯的形式来显示。其原理图如下图图3-11指示灯电路第4章系统软件的设计4.1软件部分总体介绍4.1.1软件设计整体流程本设计的网络拓扑结构选择树状结构，树状结构必须有路由的加入，所以本设计的软件部分设计分别要对协调器、路由器、终端节点分别进行设计。终端节点负责采集当前的温度数据在现场实时的显示，并最终发送给协调器，在向协调器发送数据的同时还要实时的接收协调器发送过来的温度报警数据，并能够超限报警。路由器只负责在终端节点和协调器之间的距离超过接收不到的情况下转发协调器与终端节点所发送的数据，起到一个中继器的作用。协调器在接收到终端节点发送过来的温度数据后进行相应的处理，然后通过串口发送到上位机显示，对上位机发送来的报警温度进行处理，然后分节点的发送给相应的节点报警。下图为整个系统的流程图图4-1系统整体流程从图中可以看出，终端节点有两种与协调器的通信方式，当终端节点检测到的协调器信号强度超过路由器时，将直接与协调器通信，相反如果检测不到协调器的信号或者信号强度比路由节点的若，则通过路由节点将数据传送给协调器。在TI提供的z-stack协议上，设备启动的过程都由协议栈本身做好，用户只需指定其启动身份即可。4.1.2网络通道和PANID的选择Zigbee工作在ISM频段，其定义了两个工作频段，即2.4GH在频段和868/915MHZ频段，在中国Zigbee工作在2.4GHz频段，该频段有16个速率为250kb/s的信道，该频段在全球为通用的频段，是免费的。在z-stack中给出了该频段的16个通道，通道号为11-26，系统默认的位11通道，即-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B。在设备启动后将扫描该频段的通道，如果该通道可用，设备将在该通道内建立网络。我们知道zigbee的一大优势就是能够自由组网，但是如何保证每个网络之间的传输不受其他网络的干扰，网络与网络之间有时用什么来区分的，我的设备怎么保证只在我的网络里活动？这里有一个很重要的概念PANID(personareanetwork)即个人局域网的ID号，他是区分各个网络的一个标号。该PANID的设置有两种方式，第一就是z-stack中给定的方式设置-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF，当设置PANID为0xffff时，协调器启动后将根据自身的物理地址自动设置一个PANID号，此时如果路由和终端设备的PANID也设置为0xffff时将自动加入该协调器创建的网络。但是这时会带来一个弊端就是如果路由与终端在第一次启动后如果发现有其他网络而且信号强度比该网络强他们将会加入另外一个网络。第二种就是我们可以认为的指定一个PANID号，例如-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234，此时协调器启动后将扫描一定范围内是否已经存在同样的PANID号的网络，若果存在则PANID号自动加1创建一个新的网络。但是此时要注意的时，路由与终端要想加入该协调器创建的网络必须人为的设置同样的PANID。本设计中我们人为的指定一个PANID号，这样的好处是，保证路由和终端只能加入我指定的网络。4.2开发环境的介绍IAREmbeddedWorkbench是一种用于开发应用各种不同的目标处理器的灵活的集成环境。它提供一个方便的窗口界面用于迅速的开发和调试。EmbeddedWorkbench支持多种不同的目标处理器，使用项目模式组织应用程序。第一次使用程序编写调试一般需要经过创建工作站、创建并保存工程、创建或加载源文件、保存工作站、设置工作环境（目标芯片、调试方式、仿真器接口类型）、工程编译连接和调试七个步骤。1.创建新工作站打开IAREmbeddedWorkbench。单击：“开始”、“程序”、IARSystems、IAREmbeddedWorkbenchForCC2530V3，自动创建一个新的工作站，出现如4-2所示的界面。图4-2第一次进入EmbeddedWorkbench界面提示如下：Createnewprojectincurrentworkspace：在新工作站中创建新的工程。Addexistingprojecttocurrentworkspace：添加已经存在的工程到当前工作站中。Openexistingworkspace:打开已经存在的工作站。Exampleworkspace：打开示例工作站。2.创建并保存工程单击选项中Createnewprojectinnewworkbench，出现图4-3界面。图4-3调试器窗口选择工程类型（Emptyproject、asm、C、C++或xternallybuiltexecutable），若选择的工程类型为Emptyproject，单击“OK”按钮，出现图4-4界面，选择保存路径，同时输入工程文件名（如test），单击保存，一个工程就建立完成了。图4-4保存新工程3.创建或加载源文件单击File，New，File（如图4-5所示）或按快捷键Ctrl+N，出现如图4-6所示的源程序编辑界面。图4-5创建源程序文件图4-6编写源程序4.保存工作站源程序编辑好之后，保存源文件。单击工具条的保存或文件菜单（File中的Save）出现如图4-7界面，“保存在框”中选择好文件路径目录，“文件类型”框中填入xx.eww。图4-7保存工作站5.编译环境设置选中项目名称（test）后，单击鼠标右键，如图4-8所示。从快捷菜单中选择Options进入图4-9所示参数设置界面。环境设置需要设置目标芯片类型、仿真方式、仿真器类型等参数。图4-8进入环境设置在如图4-9设置界面中，从左边Category列表下选择GeneralOptions,在Target页的Device选项中选择目标芯片型号，本设计选择CC2430。图4-9目标芯片设置在ategory列表下选择Debugger如图4-10界面，在Driver选项中选择FETDebugger或Simulator。单使用FET仿真器连接目标板进行在线仿真调试时，选择FETDebugger，软件模拟仿真则选择Simulator。图4-10仿真方式设置6.工程编译、连接和调试工程编译、连接和调试通过选择菜单Project下的Compile/Make/Debug，或点击图4-11界面右上方的快捷按钮完成。图4-11编辑编译连接环境界面在程序通过了连接、生成目标代码之后。通过单击Project，Debugger，或按Ctrl+D键，或单击按钮可以进入如图4-12所示的调试集成环境。图4-12调试界面4.3协调器的软件设计协调器是整个网络的核心，协调器负责创建和维护整个网络，为每个加入该网络的设备分配一个网络地址，在协调器启动时其网络地址将自动设置为0x0000，在所有的网络中，协调器的网络地址均为0x0000，所以路由和设备要想跟协调器通信，则设置目标地址为0x0000即可。在软件设置设备为协调器启动时，z-stack中必须编译文件f8wCoord,cfg文件，该文件在CoordinatorSettings下设置了两个功能第一为-DZDO_COORDINATOR即协调器功能，第二-DRTR_NWK即为路由器功能和，也就是说协调器启动后有两种功能，第一就是作为协调器启动建立维护网络，一旦建立网络成功后，那么此协调器将作为一个普通的路由器使用。本设计协调器的工作流程图如下图图4-13协调器启动流程图所有设备的一系列初始化是相同的，包括硬件初始化，内存初始化等。在z-stack2007中加入了操作系统用于管理任务，内存分配和电源管理等。每个设备都有自身的描述就像每个人都由自己的名字一样，在用户任务初始化的过程中，我们要初始化一个应用，在该应用中我们有要初始化一个端点描述符，这个描述符在本设计中就是用于与终端节点进行绑定之后互相传输数据的一个标志。在协调器工作过程中我们设置了一些指示灯用来指示其工作的状态，如果设备启动成功我们点亮LED1，如果打开允许绑定则点亮LED2，关闭绑定则熄灭LED2，如果接受到了数据就闪烁LED1，这样就能从视觉上感觉到协调器处于工作状态。4.3路由的软件设计路由器的设计相对协调器和终端设备要简单些，设置其启动类型后他就负责转发协调器与终端节点的数据，只起到一个中继器的作用，当然路由器的PANID和选择的通信道必须和协调器保持一致，这样路由才能加入网络，并且能实现转发数据的功能，此时我们也把路由的PANID设置为0X1234，通信道选择11。路由正常情况下也能作为终端节点使用，也能实现与协调器中断节点的绑定，为了备用，我们也在路由上也初始化一个端点，并初始化其端点描述符。在z-stack中我们编译文件f8wRouter.cfg就能把设备初始化为一个路由设备，在该文件中在RouterSettings里只定义了-DRTR_NWK这比协调器少了一个-DZDO_COORDINATOR，所以设备只能实现路由的功能了。路由的工作流程相对协调器要简单很多，如下图所示图4-14路由启动流程图同样，路由的一系列初始化时跟协调器是相同的，如果设备是一路由启动，则一系列初始化完成之后，设备将去检测网络是否存在，如果网络存在设备将会加入该网络，加入网络之后，那么路由将会不断的等待协调器和终端节点的数据，在收到数据之后会按照相应的地址转发出去。4.3终端节点的软件设计终端节点负责采集温度数据，发送给协调器，并能够实时的报警。因此终端节点的软件设计包括其本身终端节点的功能外，还要设计温度采集部分，和报警部分。终端节点本身的启动跟协调器、路由器时相同的，当选择其启动身份后，他将以终端的身份启动，终端节点要想与协调器通信，也必须建立一个端点，在端点描述符上有些信息必须与协调器保持一致，遮掩才能与协调器绑定成功，否则将无法完成绑定进行相互通信。z-stack中编译了f8wEndev.cfg文件，与协调器和路由器所编译的文件不同的地方是，该文件没有定义功能，在协调器和路由器编译的文件中协调器引入了协调器和路由的功能，路由只引入了路由功能，然而在终端节点编译的文件中没有定义任何功能，此时终端节点只能作为一个终端节点的功能使用。我们知道zigbee的一大优势就是低功耗，在IAR编译软件中我们设置了预编译选项PowerSaving，即把低功耗模式打开，也就是说如果终端设备在没有任务要执行时将自动进入低功耗模式，这也体现了zigbee的真正特色，而在路由和协调器中没有定义此选项，因为路由和协调器要实时的检测通道信息，随时准备接受终端发送过来的温度数据，所以是不允许路由和协调器进入低功耗模式。终端节点的流程如下图所示。图4-15终端节点流程图设备启动成功后，将会进入低功耗模式，此时如果按键发送绑定请求，终端节点将通过描述与协调器进行绑定，绑定成功后操作系统将自动触发定时采集温度数据时间，定时间到则开始采集温度数据并按一定的格式发送出去，如果定时间没有到，则终端节点将一直处于低功耗状态，知道定时间到或者有其他用户时间发生。在采集温度数据后，将会自动与报警温度数据比较，如果超限则打开定时器(报警蜂鸣器采用无源蜂鸣器)开始发出一定频率的方波蜂鸣器鸣叫。在状态指示上同样采用LED灯指示，如果启动成功则打开LED1，如果绑定成功则打开LED2，发送数据的过程中开始闪烁LED1。第5章上位机设计上位机负责接收协调器通过串口发送来的数据并实时显示。该上位机是用C#在VS编译环境下写的一个简单的软件，使用简便，由于技术有限不能开发出像一般性软件那样的功能，但是此上位机软件能够满足我们现场监控的需要，能够与协调器通信，发送出报警温度，并在上位机报警。上位机软件如下图所示图5-1上位机软件主页面如上图所示，该上位机软件基本上能满足一般性监控需要，但是存在一个不足之处就是最多只能监控4个节点的温度如果多余4个节点只能修改软件了，在调试过程中我们选择4个节点就够了。在软件中串口号和波特率是可以选择的，软件中我们增加了一个可以选择温度、压力等监控量的选择，在本设计中我们只用了温度，因此默认都为温度，在下拉菜单中我们可以更改选择。软件中还有一个发送按钮，也就是设置好要报警的温度点击发送按钮后就可以发送到对应的节点中实时报警。左上角有个界面配置，打开后如下图所示图5-1上位机软件配置面该配置页面可以配置协议的规范，包头、包尾、校验位等，还可以配置定时时间，该定时时间是说明在多长时间没有接收到数据时会以一种标志告诉用户，该节点已经脱离网络没有数据，设置完成后点击完成即可。

第5章测试结果连接好硬件设备在终端节点与协调器绑定成功后，选择好串口名称，设置好波特率，打开串口后页面显示如下，此时我们只用了两个节点，该页面为为设置报警数据前的页面，温度值正常显示为黑色，并且在设置的定时时间内周期性的闪烁，闪烁的样式是棕色与黑色交替显示。图5-1位置设报警数据前正常显示页面如果一定时间内没有接收到数据，那么将会以一直以棕色的字体显示，直到有数据再次接收到，这个时间是可以设定的，在上一章节中我们讲到的定时器配置里的参数也就是控制多长时间没接收到数据开始以棕色字体显示。图5-1超过一定时间没有接收到数据页面为了测试报警，随意设置一个低于当前温度的报警数据，此时上位机的显示部分立即变成红色，如下图所示，此时点击发送按钮，则数据发送到了对应的终端节点，此时对应的终端节点开始报警，此时我们再次发送一个高于当前温度的数据，此时对应的终端节点停止报警。图5-1温度超限报警页面结论本设计应用了无线通信领域最前沿的ZigBee技术和低功耗单片机CC2530有机结合在一起，实现了无线传输数据的智能化、网络化，可广泛应用于工业控制领域。该系统已经通过实验测试，工作稳定，基于ZigBee的温度监控系统具有如下特点：◆ 节约时间，增加多个节点可以解决距离近的问题。◆ 信息传输稳定，在2.4GHZ的频段下工作，不易被干扰。◆ 超低功耗，避免了经常更换电池的麻烦。◆ 适用范围广，可延伸至多种领域。◆ 功能强，价格低，便于推广。 该设计在工业领域有很高的应用价值，本设计知识一个框架结构，如果要具体应用还需要进一步的开发，但是在本设计的基础上开发将非常的方便，zigbee技术具有广阔的应用前景，ZigBee为我们描绘了一个美好的未来，或许这些场景里我们不会太遥远了，让我们拭目以待，这只蜜蜂将会给我们的工作和生活带来怎样的变化。谢辞本次毕业设计时在张华鹏张老师的指导下完成的，张老师以严谨的态度要求我们，不马虎，不以完成毕业设计为目的，以让学生在毕业设计中真正的能学到东西为目的。为了让毕业设计能顺利的完成，张老师在百忙之中每周抽出一定的时间与我们交流，她对问题的独到见解使我受益匪浅，每次与他讨论问题总会有所收获。为了减轻我们的负担，张老师为我们购买设备，购买设计中所需的元器件和书籍，为我们的毕业设计营造了一个良好的环境，再此我为张老师在本次毕业设计中给予的帮助表示衷心的感谢。

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附录硬件原理图部分代码//主函数intmain(void){//Turnoffinterruptsosal_int_disable(INTS_ALL);//InitializationforboardrelatedstuffsuchasLEDsHAL_BOARD_INIT();//Makesuresupplyvoltageishighenoughtorunzmain_vdd_check();//InitializeboardI/OInitBoard(OB_COLD);//InitialzeHALdriversHalDriverInit();//InitializeNVSystemosal_nv_init(NULL);//InitializetheMACZMacInit();//Determinetheextendedaddresszmain_ext_addr();//InitializebasicNVitemszgInit();#ifndefNONWK//SincetheAFisn'tatask,callit'sinitializationroutineafInit();#endif//Initializetheoperatingsystemosal_init_system();//Allowinterruptsosal_int_enable(INTS_ALL);//FinalboardinitializationInitBoard(OB_READY);//Displayinformationaboutthisdevicezmain_dev_info();/*DisplaythedeviceinfoontheLCD*/#ifdefLCD_SUPPORTEDzmain_lcd_init();#endif#ifdefWDT_IN_PM1/*IfWDTisused,thisisagoodplacetoenableit.*/WatchDogEnable(WDTIMX);#endifosal_start_system();//NoReturnfromherereturn0;//Shouldn'tgethere.}//main()//初始化函数voidWORK_Init(bytetask_id){halUARTCfg_tuartConfig;work_TaskID=task_id;work_bindInProgress=0xffff;work_epDesc.task_id=&work_TaskID;work_epDesc.endPoint=0;#if(WORK_CB_FUNC)work_epDesc.endPoint=zb_SimpleDesc.EndPoint;work_epDesc.task_id=&work_TaskID;work_epDesc.simpleDesc=(SimpleDescriptionFormat_t*)&zb_SimpleDesc;work_epDesc.latencyReq=noLatencyReqs;//Registertheendpoint/interfacedescriptionwiththeAFafRegister(&work_epDesc);#endifRegisterForKeys(work_TaskID);/*配置串口*/uartConfig.configured=TRUE;//2x30don'tcare-seeuartdriver.uartConfig.baudRate=SERIAL_APP_BAUD;uartConfig.flowControl=FALSE;uartConfig.flowControlThreshold=SERIAL_APP_THRESH;//2x30don'tcare-seeuartdriver.uartConfig.rx.maxBufSize=SERIAL_APP_RX_SZ;//2x30don'tcare-seeuartdriver.uartConfig.tx.maxBufSize=SERIAL_APP_TX_SZ;//2x30don'tcare