毕业论文基于zigbee的无线网络控制系统说明书

xxxxxxxx毕业设计(论文)XXXXXXX毕业设计论文题目：基于zigbee的无线网络控制系统学 生 姓 名： 学号：1001学 部 （系）： 专 业 年 级： 指 导 教 师： 职称或学位： 20xx年x月x日3131目录摘 要5ABSTRACT61. 绪论81.1 ZigBee无线网络的研究背景81.2 ZigBee无线网络的发展状况81.3无线传感器网络在智能家居中的应用92. zigbee技术介绍102.1 几种无线通信技术102.1.1 zigbee的技术规范102.2.2 ZigBee无线技术特点102.1.3 ZigBee 技术抗干扰特性分析102.1.4 总结112.2 ZigBee网络结构112.3 zigbee协议体系112.3.1物理层协议规范122.3.2 MAC 层协议规范122.3.3 网络层122.3.4应用层协议规范133. 硬件设计143.1 系统总体设计方案143.2 节点硬件电路设计143.2.1 节点芯片CC2530143.2.2 复位电路设计153.2.3电源供电方案设计163.2.4 CC2530芯片173.2.5 节点显示器设计173.2.6扩展模块接口电路设计183.3 环境检测模块193.3.1温度传感器模块193.3.2人体红外监测模块203.4 控制模块213.4.1 LED控制模块213.4.2 蜂鸣器控制模块223.4.2 继电器控制模块234. 系统软件设计244.1 ZigBee无线软件开发平台244.1.1 Z-Stack244.1.2 OSAL254.1.3 IAR Embedded Workbench254.2协调器节点软件设计264.3 网络节点程序设计274.4 温度传感器程序设计294.5灯光控制节点软件设计295. 系统调试305.1zigbee使用方法305.2 硬件调试305.3 软件调试30结束语31参考文献32致谢33基于zigbee的无线网络控制系统摘 要当今世界人们对周围的环境智能化舒适化的期待越来越期待，伴随技术的发展，智能家居便应运而生。然而随着智能家居的发展，所需要技术水平越来越高，这就需要一种安装便捷、民用化的产品出现。有线传感器系统需要大量的材料，代价比较高并且维护不方便。随着物联网的发展，zigbee渐渐走入市场。Zigbee低功耗、低成本、低速率的短距离的优点。Zigbee组成的无线传感器网络具有维护成本低、组网灵活、部署方便的特点，仿佛是为了无线智能家具而生的。将zigbee技术与智能家具结合有很好的应用前景。基于此本文选择了zigbee无线通信技术来组件无线智能家具网络。首先，分析了智能家居的发展、以及无线传感器网络的发展，结合智能楼宇的特点，讨论了无线传感器网络在智能家居中应用的优越性。然后介绍zigbee技术，深入研究ZigBee 协议各个通信协议层的结构与功能，在此基础上，选择采用ZigBee 星型网络拓扑模型实现智能楼宇传感器网络系统。然后介绍本设计采用的硬件，硬件采用无线龙ZigBee开发套件。ZigBee网络无线传感器节点采用低功耗微控制器CC2530，节点采用96X16液晶显示，USB接口，电池供电，具有经济、高效、方便、快捷、可视性、并可重复使用。软件方面，根据Zigbee联盟制定的标准，利用德州仪器(TI)推出业界领先的ZigBee协议栈(Z-Stack)。Z-Stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里。最后得出，无线节点数据传输可靠，通讯距离满足需求；节点能量消耗少、估算电池使用寿命长，设计实现了能长时间工作的智能家具环境监测系统，具有智能化、低成本、低功耗的特点，同时对ZigBee 在智能家具方面的应用具有很大潜力。关键词：智能控制；无线传感器网络；ZigBee；CC2530 The wirelessnetwork controlsystem based on ZigBeeABSTRACT Intelligent people in todays world of environmental comfort of looking around more and look forward to , with the development of technology, smart home have come into being . However, with the development of smart home , which requires increasingly high technological level , which requires an easy to install, civilian products appear. Wired sensor systems require large amounts of material , relatively high costs and maintenance inconvenient. With the development of the Internet of Things , zigbee gradually into the market . Zigbee low power, low cost , the advantages of short-range , low rate. Zigbee wireless sensor network consists of having low maintenance costs , flexible networking , easy deployment characteristics, as if to wireless smart furniture and students. The zigbee technology and intelligent furniture combined with good prospects . Based on this paper chooses zigbee wireless communication technologies to components of the wireless smart furniture network.Firstly, the development of smart home , as well as the development of wireless sensor networks , combined with the characteristics of intelligent buildings , discusses the advantages of wireless sensor networks in smart home applications. Then introduced zigbee technology , in-depth study of the structure and function of each communication protocol ZigBee protocol layer , on this basis , choose to use ZigBee star network topology model of intelligent buildings sensor network system. Then describes the design of the hardware used , the hardware uses wireless ZigBee development kit dragon . ZigBee wireless sensor network nodes using low- power microcontroller CC2530, node using 96X16 LCD , USB, battery-powered , economical , efficient, convenient, fast, visibility , and can be reused. Software, developed in accordance with the standard Zigbee Alliance , using the Texas Instruments (TI) introduced the industry leading ZigBee protocol stack (Z-Stack). Z-Stack is loaded in a project -based development environment IAR inside . Finally arrive , a wireless node data transfer and reliable communication distance to meet the needs ; node energy consumption, long battery life estimation , design and implementation of intelligent furniture can work for a long time environmental monitoring system with intelligent, low cost, low power consumption characteristics , while ZigBee applications in the smart furniture aspect has great potential.Key words：Intelligent control； wireless sensor networks；ZigBee；CC25301. 绪论1.1 ZigBee无线网络的研究背景随着人们对生活品质的不断追求和住宅智能化技术的发展，智能家居的概念已经越来越多出现在人们的生活之中，而这一切发展最终都是为人类提供一个高效、舒适、便捷的生活环境。近年来，在各大公司和媒体的强大宣传攻势下，智能家庭局域网、信息家电、家庭网关等与智能家居密切相关的名词几乎家喻户晓。当前涌现出的许多房地产广告，其宣传卖点不仅突出地理位置优越、环境优美，“智能家居”、“智能小区”等也正成为他们推崇的热点词汇。物联网的兴起也为智能家居引入了新的概念和发展空间，随着RFID技术的兴起，家居设备的存储和智能组网能力大大提高，必将促进基于物联网技术的智能家居系统的快速发展。物联网需要各种信息技术和手段，结合数字化社区和互联网，才能发挥处物联网生活的最佳功能。在物联网的概念还未提出之前，智能家居在国内已经有了近十年的历史，但是智能家居行业的发展十分曲折，规模仍然有限。现在由于政府对物联网的极力推崇和媒体商家的大力宣传，社会各界对智能家居的关注达到了前所未有的高度。与普通的家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，能够提供舒适安全、高品位且宜人的生活空间，还把原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式。而无线传感器网络具有成本低、安装和维护方便快捷、运作和更新费用低等优点，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，适合应用于楼宇内的环境监测，正逐步走向实用。1.2 ZigBee无线网络的发展状况我国在智能家居研究领域起步较晚。最初，国内较有实力的家电厂商涉足了这一领域，比如，康佳、创维、厦华、美的、春兰等推出了系统改进的信息家电，为智能家居的实施提供了功能终端设备；2008年12月4日，由千家网、千家品牌实验室共同主办的第九届中国国际建筑智能化峰会上，揭晓了“2008年中国智能家居十大品牌，其中，中国国内的品牌有：上海索博、广州安居宝、青岛海尔、天津瑞朗、深圳波创、深圳普力特、上海慧居、深圳松本先天下、厦门振威安全。这几年，目前我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段，家庭智能化系统构成形式和手段还没有统一的标准，各大厂家也适时推出了自己的智能家居系统，如科龙集团研制的“智能网络家居系统”，海信的“智能家居控制系统”，清华同方的“e-Home数字家园”等，一时间国内智能家居领域呈现百家争鸣的局面。尽管智能家居在我国起步较晚，但大有风行正健之势。1.3无线传感器网络在智能家居中的应用无线家居智能家居主要具有以下几点优势特征： （1）维护简单；由于没有复杂的布线，使智能家居的系统维护变得非常简单，无需破坏墙面等设施就可以轻松进行维护。 （2） 无线自动组网；它能实现无线短距离通信传输，感知信息通过自组织联网实现信息传输。自动组网、自主修复的能力。和上一代采用315M射频技术的智能家居系统相比，Zigbee可以实现自动组网，免去主控机和外围设备之间的手动对码的麻烦，大大简化了智能家居系统的调试，是智能家居系统真正实现智能化。 （3） 实现双向通讯功能；Zigbee网络具有双向通讯的功能，使安防报警等需要方向通讯的模块可以通过无线接入到智能家居系统，彻底摆脱布线的烦恼。 （4） 性价比高；无线家居移动灵活、扩张性强，还具有低成本，低功耗的特点，符合“低碳生活”的绿色家居概念。（5） 安装简易；无需复杂的布线，用一种简易的方式实现家庭设备联网，实现“物与物”、“人与物”之间的信息交互，进而轻松实现家庭设备控制智能化。2. zigbee技术介绍2.1 几种无线通信技术2.1.1 zigbee的技术规范IEEE组织早在2003年就开始制定IEEE802.15.4标准并发布，2006年进行标准更新，最新针对智能电网应用制定了IEEE802.15.4g标准，针对工业控制应用制定了IEEE802.15.4e标准。IEEE802.15.4系列标准属于物理层和MAC层标准，由于IEEE组织在无线领域的影响力，以及TI、ST、Ember、Freescale、NXP等著名芯片厂商的推动，该标准已经成为无线传感器网络领域的事实标准，符合该标准的芯片已经在各个行业得到广泛应用。2.2.2 ZigBee无线技术特点 ZigBee是近几年兴起的一种短距离、低功耗、低成本、组网灵活的无线通信技术，适用于传输数据量小，功耗要求较为苛刻，网络节点要求较多的场合。ZigBee技术具有如下特点20：(1) 低功耗：由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，使得ZigBee节点非常省电，另外，ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用，碱性电池可以使用数年，避免了频繁更换电池的麻烦。(2) 低成本：目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元，而ZigBee的价格目标仅为几美分，且ZigBee 协议免收专利费。(3) 可靠的数据传输：ZigBee 的媒体接入控制层(MAC 层)采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入，可以提高系统信息传输的可靠性。(4) 时延短：ZigBee 针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为毫秒级别，休眠激活时延典型值是15ms，活动设备信道接入时延为15ms。 2.1.3 ZigBee 技术抗干扰特性分析 ZigBee 技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰，即来自共用相同频段的其他技术的干扰。 IEEE802.15.4标准中提供了很多机制来保证ZigBee在2.4GHz频段和其他无线技术标准的共存能力，IEEE802.15.4物理层在碰撞避免机制（CSMA/CA）中提供空闲信道评估（CCA，Clear Channel Assessment）的能力，IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制（CSMACA）中提供CCA的能力，即如果信道被其他设备占用，允许传输退出而不必考虑采用的通信协议。ZigBee芯片数字高频部分，采用了直接序列扩频（DSSS）技术，不仅能够非常方便的实现802.15.4短距离无线通讯标准兼容，而且大大提高了无线通讯的可靠性。2.1.4 总结由上可知Zigbee技术的出现仿佛是天生为无线智能家居准备的。在住宅最多100米有限范围内，家庭安防、灯光控制、窗帘控制、环境监控等实用智能家居控制网络非zigbee莫属。引以为豪的低功耗，使电池的使用寿命可以达一年之久。20250Kbps的传输速率足够满足各种数据和控制信息的传输。较低成本味着较低的设备费用、安装费用和维护费用。2.2 ZigBee网络结构在IEEE 802.15.4网络中，根据设备的通信能力，可以分为全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。根据设备在网络中承担的任务不同，IEEE 802.15.4网络设备分为PAN协调器、协调器和一般设备。PAN协调器、协调器必须是FFD，而一般设备根据自身的通信需求可以是FFD 或者RFD。ZigBee 联盟将IEEE 802.15.4 中定义的PAN 协调器、协调器和一般设备分别称为网络协调器，路由器和终端设备，其中协调器和路由器通常由FFD功能设备构成，终端设备由RFD设备组成。ZigBee网络分为星形、网状和簇状网络，如图下图所示。在星形网络中，所有的设备都与中心设备PAN网络协调器通信，这种网络拓扑主要应用在家庭自动化、个人健康护理等小范围的室内应用；网状网络只要彼此在对方的通信范围内，任何两个FFD 设备间均能直接通信，每一个FFD 设备都可以进行报文的路由转发，节点维护的信息较多；簇状网络可以看作是一个复杂的星形网络。2.3 zigbee协议体系IEEE802.15.4标准采用分层结构。每一层为上层提供一系列特殊的服务：数据实体提供数据传输服务，管理实体则提供所有其他的服务。所有的服务实体都通过服务接入点SAP（Service Access Point）为上层提供一个接口，每个SAP都支持一定数量的服务原语来实现所需的功能。2-3ZigBee 协议栈框架图2-3为ZigBee协议栈结构图，从图中可以看出，ZigBee协议栈由一组子层构成，不同层之间通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务，是用于下层与上层之间进行互访的接口。数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的服务。2.3.1物理层协议规范 IEEE802.15.4工作在工业科学医疗(ISM)频段，定义了两个工作频段，即2.4GHz频段和868/915MHz频段。在IEEE802.15.4中，总共分配了27个具有3种速率的信道：在2.4GHz频段有16个速率为250kb/s的信道，在915MHz频段有10个40kb/s的信道，在868MHz频段有1个20kb/s的信道。2.3.2 MAC 层协议规范 对于媒体介入控制层(MAC)，IEEE 802.15.4媒体介入控制层的沿用了传统无线局域网中的带冲突避免的载波多路侦听访问技术CSMA/CA方式，以提高系统的兼容性。这种设计，不但使多种拓扑结构网络的应用变得简单，还可以实现非常有效的功耗管理。MAC 层帧结构的设计目标是用最低复杂度实现在多噪声无线信道环境下的可靠数据传输26。MAC层通用帧格式(MPDU)主要包括MAC帧头(MHR)，MAC负载和MAC帧尾(MFR)2.3.3 网络层 为了向应用层提供接口，网络层提供了两个功能服务实体：数据服务实体(NLDE)和管理服务实体(NLME)。NLDE 通过NLDE-SAP 为应用层提供数据传输服务，NLME 通过NLME-SAP 为应用层提供网络管理服务，并且，NLME 还完成对网络信息库NIB 的维护和管理。主要采用了基于Ad-hoc技术的网络协议，网络层需要在功能上保证与IEEE 802.15.4标准兼容，同时也需要上层提供合适的功能接口。ZigBee 网络协调器在网络层中为网络中的设备分配16 位地址，如果一个新加入的节点需要一个MAC 地址，网络协调器也在网络层为之分配，并保证网络地址与分配给设备的16位IEEE802.15.4 的MAC 地址相同。这两种服务通过MCPS-SAP和MLME-SAP接口为MAC层提供接口。除此之外，通过NLDE-SAP和NLME-SAP接口为应用层实体提供接口服务。2.3.4应用层协议规范应用层是ZigBee 协议栈的最高层，由三部分组成：应用程序支持(APS)子层、ZigBee 设备对象(ZDO)和应用层架构。APS 为网络层和应用层提供接口，和其他各层类似，APS 也支持数据和管理两种服务类型。 应用支持子层APS提供了NWK层和APL层之间的接口，从ZDO到供应商提供的应用对象的通用服务集。这些服务由两个实体提供：应用支持子层数据实体(APSDE)和应用支持子层管理实体(APSME)。前者为网络内两个或多个设备提供数据传输服务，后者提供设备发现，设备绑定服务和维护所管理的对象的资料，也就是APS 的信息库(AIB)。APS 帧头域有固定的顺序，在帧中可以不包含地址域。ZDO 为APS 和应用框架提供接口，它包含所有ZigBee 协议栈的应用函数，把ZigBee 设备配置成协调器、路由器或是终端设备就是它的功能之一。3. 硬件设计3.1 系统总体设计方案本设计采用无线传感器网络采用星型拓扑网络，主要由协调器和若干个终端节点组成，具体组成网络如下图3.1所示。其中协调器是其中协调器是网络的核心，由它主导网络的建立，监督网络的正常运行。协调器应配置较多的存储空间，完成网络初始化、数据采集、程序存储、设备控制等功能。图3-1无线传感器网络组网方式终端节点则都是功能不同的传感器节点，负责采集各种环境参数，并将采集到的数据发送给协调器。该系统的传感器节点主要包括光强度和温湿度监测模块等，终端节点只能与协调器或路由器进行通信，相互之间不能直接通信，但可以实现间接通信。3.2 节点硬件电路设计3.2.1 节点芯片CC2530节点主板微控制器采用的是CC2530，ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系统解决方案，支持IEEE 802.15.4标准/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的应用。拥有庞大的快闪记忆体多达256个字节，CC2530是理想ZigBee专业应用。支持新RemoTI的ZigBee RF4CE，这是业界首款符合ZigBee RF4CE兼容的协议栈，和更大内存大小将允许芯片无线下载，支持系统编程CC2530引脚图及其介绍如下图所示3.2.2 复位电路设计为了使系统正常工作，得到可靠的数据加上复位电路是十分有必要的。本设计采用按键复位电路将单片机复位，如图所示。复位电路3.2.3电源供电方案设计节点主板正常直流工作电压为3.3V。创新RF101节点主板本身有三种供电方式提供3.3V的直流电压，分别为：USB 供电；可电池通过MC1700转换位3.3V工作电压供电；仿真器直接提供3.3V工作电压供电三种电源方案。1、 电池供电电路，如图2所示。2、仿真器供电电路，如图所示。3、 USB供电电路，如图所示。3.2.4 CC2530芯片USB转串口电路的作用是将 PC 机的 USB 口通过转换做串口使用，目的是为了方便用户使用串口调试工具快速开发自己的应用系统，该电路采用了CP2102完成转换工作，如图所示。USB转串口电路3.2.5 节点显示器设计OLED液晶模块采用的是SSD1306液晶模块，该液晶模块不需要驱动芯片便可以工作。液晶控制电路3.2.6扩展模块接口电路设计扩展模块接口电路扩展模块为用户提供了丰富的扩展接口，如传感器模块接口，串行接口UART1，ADC通道，可控电源接口和不可控电源接口。这样，用户便可根据需要行系统功能的扩展。3.3 环境检测模块智能家居系统中分布着众多的传感器数据采集模块，如温度、湿度、光线强度等传感器节点。这些传感器节点负责监视周围一定范围内的环境，接收信号，并进行数据处理和通信。我们将传感器节点模块设计成2部分电路，CC2530 收发模块和传感器监测模块，它们之间以排针的形式插连在一起。这样可以便于调试和开发系统。3.3.1温度传感器模块TMP75有高度的精确性，良好的散热，而其低功耗能够延长电池使用寿命。其双线串行接口与I2C相兼容。芯片采用小巧的8引脚MSOP封装。该器件的其他特性包括：50A低电流、9位可编程分辨率、0.1A关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性，以及-40+125的广泛工作温度范围。另外，该器件还允许多达8个不同地址，以实现接口总线设计的高灵活性。TMP75的引脚排列如图1所示。TMP75引脚排列图上述3个引脚在实际连接中需要上拉电阻。引脚A0、A1、A2可以接地或高电平，用于决定芯片的地址TMP275的SDA和SCL引脚可以直接与处理器的引脚相连，另外还需接上拉电阻。TMP275的报警输出方式设置为低电平输出，接有上拉电阻。A0、A1和A2全部接低电平，这样TMP275器件的写地址为0x90，读地址为0x91。TMP75的连接原理图如图。TMP75的连接原理图如图3.3.2人体红外监测模块红外加微波的探测模式是目前在人体信号检测时最常用的方式，热释电红外传感器能将检测到的人或动物的红外线转换成电信号输出，其原理为：内置的热释电红外传感器能检测到人或动物发出的红外线，并在原件两端产生数量相等而符号相反的电荷，此效应为热释效应。图3.14热释电人体红外传感器图3.15人体红外监测模块原理图3.4 控制模块3.4.1 LED控制模块在智能家居系统设计当中，实现灯光的自动控制是非常重要的。好的灯光控制电路设计应当满足人们对舒适性、节能的要求。灯光控制电路分为自动控制和手动控制，自动控制通过综合判断室内光线强度和红外模块检测是否有人体活动来控制。自动模式下灯光控制模块主要由光敏电阻和灯光控制继电器组成。室内灯光开关的得控制是通过继电器与CC2530的P1.0口相连。当光敏传感器检测到室内光线低于预设值时，会通过CC2530发出信号，将灯光控制开关打开。反之则关闭灯光开关。灯具是否打开是由光敏电阻与其串联的10 k的可调电阻来检测的。将光敏电阻一端接地，可调电阻一端接高电平，当灯光打开是光敏电阻值会发生变化，通过CC2530中的A/D转换器将其采样到芯片内，可以检测灯光是否打开。实物图3.4.2 蜂鸣器控制模块当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时,若信号幅度超过窗口比较器的上下限,系统将输出高电平信号;无异常情况时则输出低电平信号在该比较器中,R9R10R11用做参考电压,两个运算放大器用做比较,两个二极管的主要作用是使输出更稳定窗口比较器的上下限电压即参考电压分别为3.8V和1.2V将这个高低电平变化的信号上升沿信号作为单稳电路HEF4538B的触发信号,并让其输出一个脉宽大约为10s的高电平信号再用这一脉宽信号作为报警电路KD9561的输入控制信号,来使电路产生10s的报警信号,最后用三极管VT1和VT2再一次对电信号进行放大,以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声3.4.2 继电器控制模块此模块经过采集的温湿度信息处理来控制风扇从而来降低温度或湿度。4. 系统软件设计4.1 ZigBee无线软件开发平台4.1.1 Z-StackZ-Stack装载在一个基于IAR开发环境的工程里。强大的IAR Embedded Workbench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。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。4-1 EW集成开发环境系统上电后，通过执行ZMain文件夹中ZMain.c的ZSEG int main( )函数实现硬件的初始化，其中包括关总中断osal_int_disable( INTS_ALL )、初始化板上硬件设置HAL_BOARD_INIT( )、初始化I/O口InitBoard( OB_COLD )、初始化HAL层驱动HalDriverInit( )、初始化非易失性存储器sal_nv_init( NULL )、初始化MAC层ZMacInit( )、分配64位地址zmain_ext_addr( )、初始化操作系统osal_init_system( )等。4-2系统初始化4.1.2 OSAL当完成上述初始化时，执行osal_start_system( )函数开始运行OSAL系统。该任务调度函数按照优先级检测的各个任务是否就绪。如果有就绪的任务则调用tasksArr 中相对应的任务处理函数去处理该事件，直到执行完所有就绪的任务。如果任务列表中没有就绪任务，则可以进入睡眠状态实现低功耗。osal_start_system( )一旦执行，则不再返回Main( )函数。OSAL是协议栈的核心，Z-stack的任何一个子系统都作为OSAL的一个任务，必须通过创建OSAL任务来运行应用程序。通过osalInitTasks( )函数创建OSAL任务。任何OSAL任务必须分为两步：一是进行任务初始化；二是处理任务事件。4.1.3 IAR Embedded Workbench 4-3 IAR Embedded Workbench集成的编译器4.2协调器节点软件设计协调器是ZigBee网络的第一个开始的设备，或者是一个的启动或建立网络的设备。上电后，协调器节点选择一个信道和尸ANID，比如协调器节点网络地址是0000，然后开始建立一个网络和配置该网络的网络参数和设备参数。协调器是下通各个终端传感器节点，上通过串口和上位机通信。协调器节点建立一个网络后，在一定时间内允许终端节点纷纷和协调器节点绑定，协调器节点获得各个终端节点的短地址，并建立地址表存储各个终端节点的网络地址，通过调用不同地址来控制各个终端节点并采集和接收传感器的数据。如果是传感器数据信息，则根据数据包格式提取数据，将数据通过串口发送到上位机监控中心;如果是请求加入/离开网络，对比地址表判断设备，存储或更新地址表信息，并将网络地址发送到上位机;如果是终端节点请求唤醒，传感器的网络地址会通过串口发给协调器，协调器会根据该网络地址进行数据采集。协调器节点程序流程图如图4一4所示。协调器节点软件设计4.3 网络节点程序设计传感器节点负责监视一定范围内的环境，接收信号，并进行数据处理和通信。其软件部分主要包括监测模块数据采集程序和网络通信程序。节点的网络通信功能比较简单，下图4.3为设备节点程序流程。网络节点软件设计为在不更换电池情况下延长节点使用寿命，程序设计中采用了休眠唤醒机制和阈值触发机制。休眠机制是降低节点功耗的常用手段，节点大部分时间都处于休眠状态，此时理论功耗小于1uA，通过定时唤醒或外部异常情况唤醒，采集数据并进行发送，发送完成，又重新进入休眠模式。本系统的监测性质使得终端节点可以周期性的工作和休眠，设定成1s 唤醒一次。无线通信功耗是整个节点功耗的重要部分，而监测参数往往在异常情况下才有实用价值，如烟雾浓度的剧烈增加、温度的大幅下降等。合理安排数据传输能有效的降低节点功耗，在原有的终端节点功能外，路由节点还需接受终端节点发送的数据，起到路由作用，维持网络的正常通信，所以不能定时休眠。4.4 温度传感器程序设计本设计采用TMP75温度传感器，具有读取温度值方便的特点，只需根据时序图对应写入控制命令即可。下图为温度采集流程图。4.5灯光控制节点软件设计在智能家居系统中，灯光的控制起到了举足轻重的作用。良好的灯光设计可以让家居更加舒适，使人的精神状态感觉到舒适。本设计中，主要根据室内光线来控制灯具的闭合。灯光控制模块主要由光敏电阻和灯光控制继电器组成。将光敏电阻与10 k的可调电阻串联，再将光敏电阻另一端接地，可调电阻另一端接高电平。通过单片机的模数转换器获取两个电阻连接点的电压值，从而判定当前灯光是否打开。可调电阻可供用户调节，以满足用户设置灯光刚刚打开时的光线强度。室内灯光的开关通过继电器与CC2530的P1.0相连接经行控制。5. 系统调试5.1zigbee使用方法zigbee应用模块主要由两部分组成，分为协调器和节点控制器两部分，支持多节点，扩展节点上可以扩展各种传感器。协调器通过串口与嵌入式设备相连接，通过通信协议控制节点上的各种电器设备的工作状态。首先，连接协调器和配套电源，正常的话电源接口附近的电源指示灯会点亮。随后，网络连接建立指示灯（LED）会马上闪烁，并立刻进入长亮状态，这时标明协调器进入正常的工作状态，并且已成功建立网络。其次，接入节点和控制器电源，这是正常节点和控制器电源点亮。在通信正常的状态下，协调器会马上检测到有节点要加入网络，协调器上的绿色指示灯（LED）会开始闪烁，然后熄灭，证明节点已经成功加入网络。最后，网络建立成功就能正常使用zigbee设备。5.2 硬件调试1）检测焊接有无异常，器件是否有损坏；2）对应原理图看硬件连接是否有误；3）上电，测量各点电压是否正常；4）加载测试程序，看是否正常运行；5.3 软件调试1）温湿度模块测试；将传感器放在一杯温水表面，与正常室内进行对比，然后观察LCD显示的信息；结果显示模块功能正常；2）人体红外感应模块；分别以不同的距离呈现自己的位置，然后观察LCD显示其结果；并且控制系统根据距离的远近报警；结果显示模块功能正常；3）RFID模块；放置已登记的卡片，与未登记的卡片，观察LCD显示结果；结果显示模块正常；结束语Zigbee作为一种新兴的无线传感网络，在本文中详述了zigbee协议栈开发的原理，我觉得只有真正理解了zigbee的原理，才能做好后面的软件开发，软件开发应该占据着zigbee开发的一个比较重要的部分；其次我介绍了使用的软件平台和硬件平台，软件平台使用的是IAR Embedded Workbench for MCS-51 7.51A Evaluation ，硬件平台使用的是导师开发的用户板和射频板，用户板主要集成了一些简单应用，如按键和led显示的功能；这一个简单的应用的成功实现为我以后zigbee的开发打下了一个良好的开端，在后面我可以更深入的开发zigbee的一些其他应用，如无线传感数据传送，无线定位等。争取能够实现更大网络的智能家居应用。参考文献1李文仲，段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实践M.北京航空航天大学出版社,2007.2瞿雷，刘盛德等.ZigBee技术及应用M.北京航空航天大学出版社,2007.3金纯，罗祖秋等.ZigBee技术基础及案例分析M.国防工业出版社,2008.4马菁菁.ZigBee无线通信技术在智能家居中的应用研究D.武汉：武汉理工大学出版社，2007.5夏益民,梅顺良,江亿.基于ZigBee的无线传感器网络J.微计算机信息.2007,23(02):129-130.6张平.甚低功耗无线通信技术ZigBeeJ.中兴通讯技术.2006,12(04):21-25.7王锐华,益晓新,于全.ZigBee与Bluetooth的比较及共存分析J.测控技术.2005,24(6):50-52,56.8韩江洪.智能家居系统与技术M.合肥工业大学出版社，2005.9邱铁.AMR嵌入式系统结构与编程M.清华大学出版社，2009:98-150.10陈先在,张丽萍.C函数实例速查手册M.人民邮电出版社,2009:50-100.11 ZigBee Alliance. Document 053474r17 ZigBee specification S, 2008.12 FANG MIAOQI, WANG JIAN, XU XIANGHUA. A preemptive distributed address assignment mechanism for wireless sensor networks C/ WICOM08: Proceedings of the 4th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2008: 1-5.13 GIRI D, ROY U K. Single level address reorganization in wireless personal area network 14 Proceedings of the 2009 International Conference on Computers and Devices for Communication. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2009: 1-4.15 SCHURGERS C, KULKARNI G, SRIVASTAVA M B. Distributed on-demand address assignment in wireless sensor networks J. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, 2002, 13(10): 1056-1065.13 THOPPIAN M R, PRAKASH R. A distributed protocol for dynamic address assignment in mobile Ad Hoc networks J. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2006, 5(1): 4-19.16 GIRI D, ROY U K. Address borrowing in wireless personal area network C/ IACC 2009: 2009 IEEE International Advance Computing Conference. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2009: 181-186.致谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师李老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！ 17大学本科毕业论文（设计）管理办法第一章 总则第一条 本科毕业论文（设计）是人才培养方案的重要组成部分，是培养学生科研能力和创新能力的重要实践环节，为保证毕业论文(设计)工作的顺利完成，加强规范化管理，提高毕业论文(设计)质量，根据教育部、省教育厅的有关规定要求，结合我院实际情况，特制定本办法。第二章 目的与要求第二条 毕业论文（设计）教学环节的目的，培养学生勇于探索的创新精神，实事求是、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。 第三条 使学生能综合运用所学的知识技能，提高思考问题、分析问题和解决实际问题的能力。第四条 培养学生从文献、科学实验、生产实践和调查研究中获取知识的能力，培养学生从事科学研究的兴趣，掌握科学研究的基本方法。第五条 对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论知识处理问题的能力、实践能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力等进行一次全面的考核。第六条 要求所有毕业生必须撰写毕业论文（设计），各系要认真组织毕业论文（设计）工作，确保毕业论文（设计）的质量。第三章 组织管理第七条 全院的毕业论文（设计）工作按照分级分工的原则，负责毕业论文（设计）工作的管理、指导、检查、考核和总结。(一)教务处职责1.负责制定全院本科毕业论文(设计)管理规章制度。2.组织开展毕业论文（设计）工作的教学研究与改革。3.组织毕业论文（设计）工作的检查、评估和总结。4.审核答辩委员会组成人选，检查毕业答辩的过程。5.组织评选院级优秀毕业论文（设计）。(二)系职责1.成立毕业论文（设计）工作领导小组，制定工