基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计

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基于ZigBee的数据采集系统

基于ZigBee的数据采集系统

商 以及服 务供应商 等在 内的一条完整 的产业链.
在其他无线通信技术不断追求高速率 、 远距离的同
时,Zg e 却 向着 低速 率 、近距离 的 方向迈 进 , iB e 其 目的就 是 为 了大幅 降低 无线终 端 的成本 和功 耗 .
越来越 多的应用, 如温度 、 湿度 、 气体浓度 、 亮度 、 压力等各种各样小数据量信 息的采集, 及传输可 以采用这种低功耗 、 低传输速率的无线传感器网络.
Zg e 联盟 成立 于 2 0 年,在其创始 之初 , iB e 0 1 加 入该 联盟 的有 英国 Iv ny 、日本 三菱 电气 、美 国 n ess 摩 托 罗拉 以及 荷 兰 飞 利浦 等 3 多家 企 业 .如 今 , 0
芯片及 Jn i的 J 5 芯片等其他同类产品相比, en c N 1l 2 它具备了集成度高 、 功耗低 、 功能强等优点, 同时
在 这些 应用场 合 中, iB e网络与 现有 的各种 无 线 Zg e 网络相 比,有 着独特 的优 势,即低 功 耗 、低速 率 、 低成本 .由于 Zg e iB e设备工 作 时 问较短 ,收 发信
1 硬 件设 计
数据采集节点主要 由传感模块 、 数据处理存储
息功耗较低且采用休眠模式, 使得它非常省电, 电 池可使用长达 6个月至 2年左右. i e Zg e工作在 B 2 0 bs 5 p 的通信速率, k 足已满足低速率通信传输的
长 的应 用; 可编 程 的 I 2个 1 / O口可连接 多个传 感器 ; 内带 8 A D转换 器,转换 位数 8位至 1 可选, 路 / 4位 可 以 将 传 感 器 送 来 的 模 拟 信 号 转 换 为 数 字信 号 ;
包含增 强型 8 5 0 l内核 , 每个 时钟 周期为 1个机 其

基于ZigBee的PLC无线数据采集系统设计

基于ZigBee的PLC无线数据采集系统设计

数据采集和传输 的方案 。本设计 以射频芯片 C 2 3 C 4 0为核心设计 了基于 Zg e 无 线传输协 议 的 P C数 据采集系 iB e L 统, 实现 了包括 区域 内的温度数据 检测 、 基于 Zg e i e的无线 的数据传输 、 S3 B R 2 2协议与 R 42和 R 4 5协议之间 的 S2 S8
第2 9卷第 6期
Vo . 9, . 1 2 No 6
西 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
Ju n lo h aUnv ri ・ Naua ce c o ra fXiu iest y trl in e S
21 00年 1 1月
NO . O1 V2 0
文 章 编 号 :6 319 ( 00 0 -0 8 4 17 — X 2 1 )60 2 - 5 0
Absr t:n ode o s l edaa c le t o l ms i o pe ii e ins hi ril a e I r r t o v t ol ci prb e n s me s cfcr go ,t sa tce g v u g sin b se n ZiBe o o ng
转换 、L P C与 C 2 3 C 4 0和 P C机之 问数据交互 以及通过上位组态软件 MC S 温度数据监控等诸多功能 。经实验调 G 对
试 , 采 集 系 统 达 到 了设 计 的 要求 , 果 良好 , 实 现 Zg e 技 术 在 工业 领 域 的应 用 具 有 实 际 意 义 。 该 效 对 i e B
基 于 Zg e iB e的 P C无 线数 据 采 集 系统 设 计 L
史 品, 郑 萍
( 华 大 学 电 气信 息 学 院 , 西 四川 成 都 6 03 ) 10 9

《2024年基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》范文

《2024年基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》范文

《基于ZigBee技术的无线数据采集系统研究与设计》篇一一、引言随着物联网技术的快速发展,无线数据采集系统在各个领域的应用越来越广泛。

ZigBee技术作为一种低功耗、低成本、低复杂度的无线通信技术,在无线数据采集系统中得到了广泛应用。

本文旨在研究并设计一个基于ZigBee技术的无线数据采集系统,以实现对各类数据的快速、准确、可靠采集和传输。

二、系统概述基于ZigBee技术的无线数据采集系统主要由传感器节点、协调器以及上位机三部分组成。

传感器节点负责数据的采集和初步处理,通过ZigBee无线通信技术与协调器进行数据传输。

协调器负责接收传感器节点的数据,并将其通过有线或无线网络传输至上位机进行进一步处理和分析。

三、传感器节点设计传感器节点是无线数据采集系统的核心部分,其设计直接影响到系统的性能和稳定性。

传感器节点主要包括传感器模块、微控制器模块、ZigBee无线通信模块以及电源模块。

传感器模块负责数据的采集,可根据实际需求选择不同类型的传感器。

微控制器模块负责协调传感器模块和ZigBee无线通信模块的工作,并对数据进行初步处理。

ZigBee无线通信模块负责与协调器进行数据传输。

电源模块为整个节点提供稳定的电源。

四、协调器设计协调器是连接传感器节点和上位机的桥梁,其设计同样重要。

协调器主要包括ZigBee无线通信模块、数据处理模块以及与上位机的接口模块。

ZigBee无线通信模块负责接收传感器节点的数据。

数据处理模块对接收到的数据进行进一步处理,如滤波、去噪等。

与上位机的接口模块负责将处理后的数据传输至上位机进行进一步的分析和处理。

五、系统实现系统实现主要包括硬件设计和软件设计两部分。

硬件设计主要包括传感器节点和协调器的电路设计、元器件选型等。

软件设计主要包括传感器节点的数据采集和处理程序、ZigBee无线通信程序以及协调器的数据处理程序和与上位机的通信程序。

在硬件设计方面,需根据实际需求选择合适的元器件,并设计合理的电路以保证系统的稳定性和可靠性。

一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计

一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计

图1 感知家居需求与用户用例图图2 感知家居系统与芯片选型原有的信息孤岛相互联系起来将成为未来的大趋势。

2016年3月8日,海尔向开发者开放了U+平台,美的集团也向第三方开放了M-Smart 的SDK(软件开发工具包);3月31日,微软也发布了MS Bot Framework 机器人框架,巨头们的纷纷表率预示着更多的厂商将会开放自身的软硬件平台,使得家电设备,以及越来越多的智能硬件单品可以整合到一起。

旧版本的智能家居系统大多采用总线控制,装修布线的成本非常高,并且严重降低用户体验。

新一代智能家居产品以小米和华为的最新产品为例,均采用Wi-Fi 与ZigBee 协议。

本文介绍了一种兼容性强、性价比高的环境信息采集和家电控制系统。

1 系统概述要实现一套性价比较高的智能家居系统,所需的功能由用户的核心需求来决定。

根据马斯洛需求层级,生理和安全方面的需求应当放在首要实现的位置,实现的功能必须包含安全防盗、火警、有害气体检测和危险情况及时报警;其次是生活的便利化,包括对家庭环境的随时随地查看,家电的远程控制等;最后是需求的个性化,例如SOHU 办公、孕婴或行动不便、视力障碍或听觉障碍等情况,是用户分散的长尾需求指标。

用户用例如图1所示,通过PC 电脑浏览器或移动APP 均可传感器型号传感器描述DHT11温湿度传感器,有效测量范围:0~50℃;湿度有效测量范围:20%~90%RH 。

MQ-2烟雾传感器,可采集甲烷、丙烷、氢气、酒精和液化气等常见家用厨房可燃气体。

有效监测范围:100~20000ppm ;工作环境温度:-10℃~50℃;湿度65%±5%RH 。

BH1750FVI 光照传感器,其测量范围约为(1~65535lx),工作温度范围:-40℃~50℃。

HC-SR501人体红外活动探测传感器,工作温度:-15℃~70℃,有效范围15m 。

DSM501AP M 2.5探测传感器,工作温度范围:-20℃~80℃ 。

基于Zigbee的数据采集传输系统的设计

基于Zigbee的数据采集传输系统的设计
据, 并根 据分析 结果 发 出相应 的控 制指令 , 制执 控 行 机构 动作 , 图 1所示 。 如 在 功能上 , 据采 集 传 输 系 统 的核 心 功 能 是 数 采集 传感 器或是 变 送 器 的 数 据 , 实现 暂 存 或 者 并 转发 。一 些功能 较 为强大 的数 据采集 系统 还具 备 数据 预处 理 能 力 。基 于 Zg e ib e的数 据 采 集 传 输
2 4 l 或 内置天 线 . G s| A
G D 电源地 N
VC 5 C V
R / L,接 用户 C U T XlH P X T×1T L。接 用户 C U R /T P X sN GD, R 2 2 号地 S3 信 Tx2 R 2 2,接用 户 R /S3 x R /S3 x2 R 2 2,接用 户 T x 保 留 RS T,低 电平 有 效 EE
很 大 的 困难 。本 文 介 绍 的基 于 Zg e 的 无 线 数 据 采 集 传 输 系 统 能 够 很 好 地 解 决 这 个 困难 。本 文 详 细 地 分 析 了基 于 Zg ib e i—
b e 数 据 采 集 传输 系 统 的 工 作 原 理 和 功 能 要 求 , 根 据 此 工 作 原 理 和 功 能 要求 , 定 了系 统 的总 体 设 计 方 案 , 设 计 了 e的 并 制 并
. . . . . _
0 P 0 舰 . 玎 胍 T l K.D 0 D 2 肌 1 4 佻 1 O S L x— ㈣ 嗣 C M D 一 O R I C S 三— 一 CM S T— I T 0 ㈣一 豇 I T 1 剐
系 统 在 功 能 上 实 现 了 转 发 的 作 用 , 采 集 到 被 采 在
图 1 数 据 采 集 传 输 过 程

基于ZigBee的能源数据采集自组网系统设计

基于ZigBee的能源数据采集自组网系统设计

zg e支持 星状 网、树状 网和网状 网三种网络拓扑 iB e
结构[,系统节点具有多跳路 由功能 ,网络健壮性 和系 2 】 统可靠性强。Zg e 网络 中包含协调器 、路由器 和终端 i e B 设备三种类 型的节点 。一个Zg e 网络有且仅有一个协 i e B 调器 ,作为整个 网络启动 、维护的 中心[,路 由器主要 2 】
轮 询方式 中 ,数据 采集终 端对应 采用 被动 工作方 式 ,即所有 的数据采 集操作 都是 由 中心 节点 发起 ,对
参考文献
…杜 丽敏, 郭文成. i e技 术在远程抄 表 系统 中的应用Ⅲ. 片 zg e B 单
机 与嵌 入 式 系统 应 用 . 0 () 2 67. 0
各 节点逐 个发送 数据 采集命 令 ,相应节 点接 收到命令
数据采集模块 、Zg e无线通信模块 、时钟模块 、电源 iB e
模块 等几 大部分 组成。其 中,数据采集模块可通过R . S
用 。本 文提 出了一种基 : Zg e 的能源数 据采集 自组 J iB e :
网系统 ,以解 决工业 企业 能源数据采 集在组 网方 面存
在的问题 。
2 2 S 4 等通信方式 与具 有数字信 号输 出 的能源计 3 、R 8 5
志 . 0 (2:. 2 31) 0 8
企业增值开发政府信 息资源 的主体作用 ,进而推动信息
产业 的快速发展 。 ( )推进政 府信息资源公开的立法工作 二
[】 3原光, 艺. 国政府信 息资 源增值 利用模 式的创 新 Ul 王 我 统计 与 J 决策, 0 (6: — 2 2 91) 0 7 0 7
成首 、末两个节点所采样 的数据在时间上略有偏差 ,但

基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计

基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计

基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计摘要:基于ZigBee无线传感器网络节点功能及温度采集参数算法,结合标准PT100输入接口,采用掌上智能终端PDA作为中继显示,设计了ZigBee低功耗无线温度数据采集及传输系统,并进行了调试和实验,实验结果表明,该系统可实现在70m范围内实时传送采集到的温度数据,系统功耗<20mA。

关键词:无线传感器网络ZigBee 低功耗温度采集ZigBee无线传感器网络技术作为一种全新的短距离无线通信技术,在智能控制、无线监控及环境监测等领域得到了广泛应用。

在有线数据采集及传输过程中,存在着系统布线麻烦、功耗大、代价高的问题,而采用传统的无线数据采集及传输方式,也存在着通信协议复杂、系统代价高及功耗大的缺点。

在基于ZigBee的无线传感器网络中,可以由全功能设备作为Sink节点,终端节点一般使用削减功能设备来降低系统的成本和功耗,来提高电池的使用寿命。

通过研究降低ZigBee节点功耗的方法来实现低功耗温度数据采集及传输。

本文基于ZigBee无线传感器网络节点的硬件原理及软件设计方法,应用ZigBee CC2430芯片实现了ZigBee无线传感器网络温度数据采集节点的硬件及软件设计,搭建了基于ZigBee的低功耗温度数据采集及传输系统,同时结合掌上智能PDA以及上位机,在服务端实现了传感器采集温度数据的监控系统。

1 设计方案工业现场常常需要采集大量的现场数据,并需要将采集到的数据传输到主机进行处理和分析,数据采集及传输的性能将会直接影响到整个系统的功效。

在一些情况下,数据的传输如果采用有线网络,则存在维护难、可靠性低等问题,采用基于ZigBee的无线传感器网络技术实现温度等数据采集及通信是一种切实可行的方案。

选取TI公司CC2420芯片来实现ZigBee温度数据采集系统的应用。

掌上终端PDA 数据采集系统在无线传感器网络中,不仅可以与网内其他节点通过CC2430无线射频模块实现无线通信,还可以与系统中的上位机服务器进行数据交互。

基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计

基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计

基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统的设计一、概述随着物联网技术的飞速发展,无线传感器网络在工业生产、环境监测、智能农业等领域得到了广泛应用。

温度数据采集作为基础且关键的环境参数之一,对于保障生产安全、提高生产效率、实现智能化管理具有重要意义。

ZigBee技术作为一种短距离、低功耗的无线通信技术,凭借其低成本、易部署、高可靠性等特点,已成为无线传感器网络的主流技术之一。

本文旨在设计一种基于ZigBee技术的温度数据采集监测系统。

该系统利用ZigBee无线传感器网络采集环境温度数据,通过数据传输和处理,实现对温度信息的实时监测和分析。

系统设计注重实用性和可靠性,力求在保证数据准确性的同时,降低成本和提高效率。

本论文的主要内容包括:对ZigBee技术和无线传感器网络进行概述,分析其在温度数据采集监测系统中的应用优势详细阐述系统设计的整体架构,包括硬件选型、软件设计、网络通信协议等方面对系统的关键技术和实现方法进行深入探讨,如数据采集、传输、处理及显示等通过实验验证系统的性能和稳定性,并对实验结果进行分析和讨论。

本论文的研究成果将为无线传感器网络在温度数据采集监测领域的应用提供有益参考,对推动相关行业的技术进步和产业发展具有积极意义。

1.1 研究背景随着物联网技术的飞速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)在环境监测、工业控制、智能农业等领域得到了广泛的应用。

作为WSN的关键技术之一,ZigBee技术因其低功耗、低成本、短距离、低速率、稳定性好等特点,成为实现WSN的重要手段。

温度数据采集监测系统作为WSN的一个重要应用,通过对环境温度的实时监测,为生产生活提供准确的数据支持,对于保障生产安全、提高生活质量具有重要意义。

传统的温度数据采集监测系统多采用有线方式,存在布线复杂、扩展性差、维护困难等问题。

为了解决这些问题,基于ZigBee技术的无线温度数据采集监测系统应运而生。

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密级一般分类号TP393硕士学位论文作者:杨朋伟指导教师:侯宏录教授申请学位学科:2009年4月20日XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计测试计量技术及仪器题目:基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计学科:测试计量技术及仪器研究生签字:指导教师签字:摘要Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术,广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。

目前,对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题,本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。

1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发,提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。

1)当网络规模较小时,采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法,该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销;2)当网络规模较大时,采用多跳传感器网络时间同步算法,该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。

2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析,从低功耗设计的角度出发,完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。

主要内容包括如下几个方面:1)完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计,在此基础上,应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。

2)使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。

3)完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。

4)研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。

5)搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统,对其进行了调试和实验,结果表明该系统在70m范围内工作稳定,误码率较低,时间同步精度较高,能够满足工业环境下的参数远程监控。

关键词:数据采集及传输;低功耗;无线传感器网络;时间同步算法;ZigbeeDesign of Low-power Data Acquisition SystemBased on ZigbeeDiscipline:Measuring and Testing Technologies and InstrumentsStudent Signature:Supervisor:Ab Abstra stra stractct Zigbee wireless sensor network technology is a new short-range wireless communication`s technology,which is used widely in intelligent control,wireless control,environmental monitoring and other fields.At present,there are still some problems for Zigbee wireless sensor network technology.This paper focuses on wireless sensor network time synchronization algorithm and low-power system design.1.Wireless sensor network time synchronization algorithm is analyzed and studied deeply,then two time synchronization algorithms used in different environments are proposed from the reduced synchronization overhead and critical path length point of view.1)The Zigbee time synchronization algorithm with two-story topology which realize the ms-level time synchronization accuracy and reduces the time synchronization overhead through the methods of constructing two-story topology structure and estimating the time-delay can be used when the network size is small;2)The multi-hop sensor network time synchronization algorithm which realize the better time synchronization accuracy ,reduces the time synchronization overhead and critical path length through the methods of constructing better topology structure and estimating the cumulative time-delay can be used when the network size is larger.2.Through research and analysis for Zigbee protocol stack,the low-power wireless data acquisition and transmission system based on Zigbee is designed from low-power design point of view.The main work include the following aspects:1)The circuit design of a Zigbee wireless network node and system application are completed.on this basis,the software design with the Zigbee wireless network node are completed in development platform IAR 7.20H.2)The design of peer-to-peer wireless communications and Sample network node communication of those Zigbee nodes is completed by using TI's CC2430chip.3)The multi-channel sensor data acquisition interface and Zigbee wireless networkmonitoring and management software is designed.4)the low-power design methodology for a wireless network node software is studied.5)The low-power wireless data acquisition and transmission system based on Zigbee is builded and debugged.The results show that the system have some belifet with lower data error rate and high precision of time synchronization.It is able to meet the needs of remote monitoring of the parameters on industrial environment.Key Words:data acquisition and transmission;low-power;wireless sensor networks;time synchronization algorithm;Zigbee目录1绪论 (1)1.1Zigbee无线数据采集及传输网络描述 (1)1.2研究Zigbee低功耗数据采集及传输系统的必要性 (1)1.3本文的主要内容和结构 (2)2无线传感器网络及IEEE802.15.4/Zigbee技术 (3)2.1无线传感器网络技术 (3)2.1.1无线传感器网络发展概况 (3)2.1.2无线传感器网络的特点 (4)2.1.3无线传感器网络的体系结构 (4)2.2IEEE802.15.4/Zigbee技术 (5)2.2.1IEEE802.15.4/Zigbee协议 (5)2.2.2Zigbee无线传感器网络关键技术 (6)2.2.3Zigbee技术优势 (7)2.2.4Zigbee应用前景 (7)3无线传感器网络时间同步算法的研究 (8)3.1二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法 (8)3.1.1求区域簇首节点集 (9)3.1.2求支配节点集 (9)3.1.3二层拓扑结构的构造 (10)3.1.4时间同步的实现 (10)3.1.5算法性能分析 (11)3.2无线传感器网络多跳时间同步算法 (11)3.2.1最优拓扑结构的构造 (11)3.2.2时间同步的实现 (12)3.2.3应用举例 (12)3.2.4算法性能实验分析 (13)4Zigbee无线传感器网络的设计和实现 (14)4.1Zigbee无线传感器网络的总体方案设计 (14)4.2Zigbee节点硬件电路设计及测试 (15)4.2.1硬件模块划分 (15)4.2.2Zigbee无线通信模块设计 (15)4.2.3系统应用电路设计 (21)4.2.4电路板PCB图及其布线规则 (25)4.2.5节点硬件实现 (26)4.3Zigbee节点软件设计及关键方法实现 (26)4.3.1液晶显示程序设计 (26)4.3.2按键ADC采样方法及多级菜单显示的实现 (29)4.3.3数据接收端程序 (29)4.3.4终端节点主程序 (35)4.3.5Zigbee网络节点发送及接收数据 (37)5Zigbee低功耗数据采集系统的设计和实现 (42)5.1A/D转换模块及数据采集程序设计 (42)5.1.1ADC参考电压 (42)5.1.2ADC初始化 (42)5.1.3单次数据采集程序设计 (43)5.1.4连续数据采集程序设计 (43)5.2节点低功耗设计 (45)5.2.1节点的休眠机制及节点休眠方法 (45)5.2.2节点的低功耗设计 (45)5.3Zigbee网络监控软件的设计 (46)5.3.1Zigbee网络监控软件的总体设计 (46)5.3.2网络监控软件关键方法及设计 (46)5.3.3实验结果 (49)6系统测试及结果 (50)6.1点对点数据传输测试 (50)6.2简单路由网络数据传输测试 (50)6.3系统的功耗测试 (51)6.4结果分析 (51)7结论 (52)参考文献 (53)攻读硕士学位期间发表的论文 (56)致谢 (57)学位论文知识产权声明 (58)学位论文独创性声明 (59)1绪论1绪论1.1Zigbee无线数据采集及传输网络描述Zigbee是一种短距离、低速率的无线传感器网络新技术,在非常短的时间内,Zigbee 技术得到了广泛的应用,它主要适合于自动控制和远程控制等领域。

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