基于ZigBee的无线温湿度采集系统设计
基于ZigBee的无线温湿度采集系统设计
采集节点
数据的收发：
ZigBee设备间通信：设备发送端，调用自定义的发送函数 (SampleApp_Send_P2P_Message)发送数据；接收端就调用事件 任务处理(SampleApp_ProcessEvent)、 消息处理函数 (SampleApp_MessageMSGCB)接收数据。
Z-Stack由main()函数开始执行，main()函数共做了2件 事：一是系统初始化，另外一件是开始执行轮转查询式操 作系统。用户自己添加的应用任务程序在Zstack中的调用过 程为：main()-->osal_init_system()--> osalInitTasks()->SampleApp_Init()，具体如右图：
2020/2/20
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
ZigBee技术具有低成本、低功耗、低速率的特点和高 可靠性、组网简单、灵活等优势。ZigBee技术主要领域有 大棚温湿度采集控制、家庭办公自动化、工业与环境监测 及人员定位与医疗护理等。
ZigBee技术满足了无线通信、网络大范围覆盖、网络 灵活性高以及维护管理方便等要求，是将来物联网发展的 趋势。
开始 系统初始化 执行操作系统
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4 系统软件设计
Z-Stack中操作系 统是基于优先级的轮转 查询式操作系统，执行 流程图如右图：
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开始
Y macEventLoop（）
N Y
nwk_event_loop（）
N Y
Hal_ProcessEvent（）
N Y
APS_event_loop（）
绑定时间事件 进入事件 用户事件
4 系统软件设计
网状网程序设计:
基于ZigBee和LabView的多点无线温湿度采集系统设计
题目（中文）：基于ZigBee和LabView的多点无线温湿度采集系统设计（英文）：A multi-node wireless temperature and humidity acquisition system design based on ZigBee and LabViewI摘要随着生产技术的提高，环境条件中的温度和湿度参数成为了工业生产中的两个重要参数，它直接影响到工业的生产水平。
笔者通过空间环境中的温度和湿度采集问题，以粮仓温湿度采集系统为例，提出基于ZigBee的无线多点温湿度采集系统。
以JN5121为主控芯片，SHT11为温湿度传感器，采用ZigBee协议，通过星型网络实现主从节点之间的数据采集和传输，最后利用串口通信技术与上位机进行通信，并通过LabView编程语言实现对采集到的数据进行显示与处理，从而有效的起到了对粮仓的自动控制。
实验测试表明，该无线多点粮仓温湿度采集系统能稳定可靠的运行，并具有组网简单、花费少、维护性好等优点。
关键词：ZigBee，LabView，SHT11传感器，无线通信AbstractWith the development of industry technology, temperature and humidity of environmental conditions are the two important parameters in industry productions; they influence the productions’ level directly. The writer aims at the problem of the temperature and humidity acquisition for the environment, example as warehouses, and the paper presented a multi-node temperature and humidity acquisition system based on ZigBee wireless network technology. Taking the JN5121 as the main controlling chip, SHT11 as the sensor of temperature and humidity, it used the ZigBee protocol, realized data acquisition and transformation between main-node and sub-node, communicated with PC through serial port communication technology, finished the data processing and display of the wireless system via LabView which is a programming language. The experimental tests have proved that the wireless multi-node temperature and humidity acquisition system was stable and credible, with the advantages of simple networking, low cost and good maintainability.Keywords: ZigBee, LabView , SENSOR OF SHT11,WIRELESS COMMUNICATION目录摘要 (II)Abstract.............................................................................................................................. I II 第一章绪论 (1)一、选题背景 (1)二、课题的研究意义 (1)第二章温湿度检测方案设计 (2)一、传感器选型 (2)（一）分立温湿度传感器 (2)（二）温湿度一体数字传感器 (2)二、SHT11应用设计 (3)（一）硬件设计 (3)（二）软件设计 (3)第三章检测系统通讯方案设计 (5)一、ZigBee技术概述 (5)（一）ZigBee技术简介 (5)（二）ZigBee的主要特点 (5)（三）三种短距离无线通信技术的比较 (7)二、ZigBee网络体系结构 (7)（一）功能类型 (7)（二）节点类型 (8)（三）拓扑结构 (8)（四）工作模式 (8)三、ZigBee开发模块:Jennic简介 (9)（一）无线微控制器 (9)（二）无线收发器 (9)（三）中央处理器和存储器 (9)（四）外设 (10)四、系统硬件设计 (11)五、系统软件设计 (11)（一）温湿度采集节点软件设计 (11)（二）网络协调器软件设计 (13)第四章上位机监控系统设计 (14)一、LabView简介 (14)二、系统硬件概述 (14)三、系统软件设计 (15)（一）硬件读写模块程序设计 (15)（二）数据通信程序设计 (15)（三）程序结构设计 (16)四、基于LABVIEW本题模块功能的设计 (16)（一）串口模块设计 (16)（二）温度模块设计 (17)（三）湿度模块设计 (18)（四）节点的选择 (18)（五）系统前面板 (19)第五章应用设计小结 (20)致谢.................................................................................................. 错误！未定义书签。
基于ZigBee的温湿度采集系统设计
基于ZigBee的温湿度采集系统设计近年来，随着无线通信网络技术的飞速发展，人们不需要花费高成本和进行复杂的布线，就能实现系统组网和数据通信。
而ZigBee无线传感器网络因其低功率、低成本的特性，受到了科学爱好者和人们的广泛的关注。
它作为ZigBee 技术和传感器技术相结合的产物，能组建ZigBee无线传感器网络，实现点与点之间的通信。
本设计采用符合ZigBee标准的CC2530作为传感器节点的数据采集和处理单元，并采用了温湿度复合传感器芯片DHT11进行温湿度进行数据采集。
在IAR开发环境下进行传感器节点程序的编写，实现无线传感器网络对温湿度信号的采集，并实现传感器节点之间的数据传输功能。
标签：ZigBee DHT11 CC2530 无线传感网络温湿度数据采集一、温湿度采集系统的总体设计协调器上电后，能够建立ZigBee无线网络，接着终端节点能查找并自动加入该ZigBee无线网络中，这时就建立起了协调器和终端节点的通信。
终端节点能够定时的采集温湿度数据，并将其通过网络发送给协调器，协调器收到温湿度数据后，通过RS232通信串口传输上到PC机。
系统设计原理图如图3-1：图1-1 系统设计原理图1.无线传感器网络节点设计针对ZigBee无线传感器网络的功能和组成，将传感器节点大致分成如下几个部分：采集单元、处理单元、通讯单元、电源单元。
无线传感器网络节点的模块如图1-2：图1-2 无线传感器网络节点的模块2.系统设计的主要任务2.1硬件平台的搭建：基于符合ZigBee标准的CC2530和温湿度传感器DHT11相结合，实现系统对温湿度的采集、存储和收集功能，并通过RS232与PC机相联，把收集到的温湿度数据传输到PC机中进行分析处理。
2.2软件平台的搭建：在IAR开发环境下进行传感器节点程序的编写和编译，实现无线传感器网络对温湿度数据的采集，还能实现传感器节点之间的数据传输功能。
二、温湿度采集系统的硬件设计1.系统采集单元设计鉴于本实验测量环境的特殊要求，需要对温湿度高精确度的测量和长期的保持工作。
基于ZigBee技术的温湿度数据采集系统设计毕业设计
毕业设计基于ZigBee技术的温湿度数据采集系统设计摘要:本设计提出了一种利用新型低功率、低成本的ZigBee无线网络技术来实现分布式温湿度检测系统的方法。
该方法采用了一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器芯片SHT11来对温湿度进行数据采集，并采用符合ZigBee标准的CC2430射频芯片作为传感器节点的数据采集和处理单元。
在IAR开发环境下编写和编译传感器节点程序，实现了无线传感器网络采集温湿度信号及传感器节点之间的数据传输功能。
本设计对无线传感器网络化农业工业等温湿度数据采集系统进行了测试和应用性试验，结果表明该系统各项技术性能指标达到设计要求，具有推广和应用价值。
关键词:ZigBee，温湿度，SHT11，CC2430，无线传感网络，数据采集Abstract:This paper proposes a method to realize the distributed detection system of temperature and humidity using zigbee wireless network technology which is new low-power, low cost. The method collects data on temperature and humidity by using a single chip relative humidity and temperature multi sensor comprising a calibrated digital output, using the line with zigbee standard CC2430 radio chip as the sensor nodes in data collection. After writing and compiling procedures in the IAR development environment, sensor nodes achieve a wireless sensor network by collecting temperature and humidity signals and transmission data between nodes. The design makes the application experiment on wireless sensor networks of agricultural industrial temperature and humidity data acquisition system, the results show that the technical performance indicators meet the design requirement with the promotion and application value.Keyword: ZigBee, Temperature and humidity, SHT11, CC2430, Wireless sensor networks, Data acquisition目录1 前言 (5)2 无线传感器网络 (5)2.1 无线传感器网络体系结构 (6)2.2 无线传感器网络特点 (7)2.3 无线传感网络的发展趋势 (8)3 Zigbee技术简介 (9)3.1 Zigbee技术的由来 (9)3.2 Zigbee的技术特点 (9)3.3 Zigbee协议栈 (10)3.4 Zigbee网络拓扑结构 (11)4 系统总体方案设计 (12)4.1 系统总体框架 (12)4.2 无线传感网络节点设计 (12)4.3 系统设计芯片的选择 (13)4.3.1 SHT11介绍 (13)4.3.2 CC2430介绍 (16)4.3.3 RS-485 (17)5 系统的硬件设计 (18)5.1 采集单元设计 (18)5.2 CC2430单元设计 (20)5.2.1 处理器单元设计 (20)5.2.2 通讯模块设计 (21)5.2.3 天线 (21)6 系统的软件设计 (22)7 系统测试 (23)7.1 系统测试结果 (25)7.1.1 组网测试结果 (25)7.1.2 数据传输及显示测试结果 (25)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1 前言目前的环境状况逐渐恶化，已引起人们广泛的关注。
基于ZigBee的无线温湿度采集系统
基于ZigBee的无线温湿度采集系统摘要：针对传统温湿度检测存在的问题，结合无线传感器网络技术，本文提出一种基于ZigBee 技术的无线温湿度采集系统的设计方法。
设计采用CC2530 射频芯片及SHT11 数字温湿度传感器，在ZigBee 协议栈的基础上进行应用开发。
阐述了ZigBee技术，系统组成及工作原理，系统软硬件设计等内容，并通过实验测试表明,该无线温湿度采集系统能够稳定可靠的运行,并且具有组网简单、功耗低，成本低等优点，具有十分好的实用价值和经济效益。
关键字：ZigBee，温湿度，CC2530，协议栈Wireless temperature and humidity acquisition systembased on ZigBee technologyAbstract: According to the problems existing in temperature and humidity detecting of traditional ways,combining with wireless sensor network technology , this paper puts forward a new design of temperature and humidity acquisition system based on ZigBee technology. The design was carried out based on the ZigBee protocol, adopting CC2530 RF chip and digital humidity and temperature sensor SHT11. Paper introduces ZigBee technology, the overall design of the system, hardware and software design of the nodes and so forth. Finally, the experimental tests have proved that the wireless temperature and humidity acquisition system was stable and credible , with the advantages of simple networking , low cost and low power, and it has a very good practical value and economic benefits .Keywords: ZigBee, Temperature and humidity, CC2530, Protocol1 引言在冷链物流、农业生产、仓库管理以及食品保存等领域，温度和湿度控制显得十分重要，但传统的方法采用测试器材来测量温度和湿度，通过人工进行检测，这种人工测试方法费时费力、效率低，而且测试的温度及湿度的误差大，随机性大。
基于zigbee的无线温度采集系统
基于zigbee的无线温度采集系统关键词：ZigBee，无线网络;温度采集摘要无线温度采集系统是基于ZigBee无线技术设计的。
此系统由三部分构成。
子节点部分负责收集温度数据，它的设计基于CC2430芯片和DS18B20温度传感器。
主要节点部分负责接受温度数据和建立网络联接。
CC2430是作为主控制芯片。
前端电脑主要负责温度数据处理存储和显示。
通过zigbee网络连通子节点与主要节点，主要节点在通过串行端口与前端电脑沟通。
此系统具有一个成本低，低功耗的温度收集的终端设备，从而实现节能和减少污染的排放。
1简介随着生产技术的发展，温度数据检测技术广泛应用于工业远程控制系统，并逐步显示出远程和网络的特性。
传统的温度采集系统，主要方式是有线连接节点，此方法的特点是布局复杂和可扩展性差。
事实上，在某些领域有线连接方式甚至不能应用。
因此，最理想的方法是采用无线连接收集和传送数据。
作为新兴的短距离，低功耗低成本的无线通信技术，zigbee已广泛应用于工业控制，消费性电子，家电自动化，医疗监控等领域。
基于以上分析，此文将设计出一种基于zigbee为基础的无线温度采集系统。
用基于zigbee网络的无线方式通过温度测量节点收集温度数据。
通过串口通信线路连接主要节点和前端电脑。
然后，电脑存储温度数据至数据库，以便实现数据的统一管理。
此系统具有高实用性和良好的扩展性。
2系统结构研究系统框图显示在图1[2].该系统选择的是星型局域网，他建立一个由主要节点和若干子节点组成的无线系统，实现数据的无线传输。
子节点的主要责任是传输由温度传感器DS18B20采集的数据至主要节点。
主要节点合并来自不同子节点的数据然后发送至前端电脑，电脑存储数据至数据库，并通过软件可以直观的在显示器上看到温度的变化。
3 硬件系统设计3.1子节点设计子节点负责收集和传输温度的数据，因此他应该被设计的低功耗和低成本的功能装置。
芯片CC2430- F32(32KB 闪存)与温度传感器ds18b20构成的子节点。
基于ZigBee的温湿度无线采集系统设计
0 引言相比较红外和蓝牙等其它无线技术，ZigBee技术的特点更加适合温度、湿度监测系统。
ZigBee以其低功耗、高可靠性、低成本等突出优点在各类环境监测中的应用越来越广泛。
文中将ZigBee技术应用于无线温、湿度采集系统的设计，设计出一种低成本、低功耗、高可靠性的能够适用于温室大棚、粮库等多种场合的无线温、湿度采集系统。
1 ZigBee技术和CC25301.1 ZigBee技术的特点ZigBee技术是基于 IEEE802.15.4 标准的无线传输协议。
ZigBee具有以下几个特点。
(1) 工作频段灵活2.4GHz是我国ZigBee无线通信使用的频段，具有250kb/s的传输速率，可免费使用。
此外，ZigBee无线通信频段的变换也不用注册直接能使用，而且不同的ZigBee网络被允许在同一个区域共同存在，还不会互相干扰。
(2) 对 MCU 的资源要求低ZigBee技术的协议简单，对 MCU 资源要求较低，因此常用于成本较低的场合。
(3) 数据传输安全可靠ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用ACL （Access Contorl List）即接入控制清单以防止非法获取数据、采用AES-28（高级加密标准）的对称密码，从而使其安全属性可以灵活确定。
(4) 功耗低ZigBee只有1mW的发射功率，工作在休眠的低功耗待电模式时，2节普通5号干电池就可以支持一个节点工作半年到两年，甚至更长时间。
这是ZigBee最突出的优势。
(5) 网络结构灵活、高容量ZigBee可以采用星状、片状、网状等网络结构。
一个主节点管理若干子节点，节点之间可以接力，最多可组成65000个节点的大网。
[1]1.2 ZigBee协议栈的结构介绍ZigBee协议栈的结构图，如图1所示。
1.3 CC2530模块CC2530是TI（德州仪器）新一代SOC，兼容IEEE 802.designed in view of the high power consumption, poor expansibility and high maintenance cost of the traditional temperature and humidity detection system� CC2530 is used as the main control device and the temperature and humidity sensor SHT11 is used to collect the temperature and humidity� The hardware circuit and software flow are given� The system has the advantages of low power consumption, stable performance, low cost, good expansibility and large network capacity�Keywords: ZigBee technology；WSN ； Temperature and humidity sensor； CC2530基金项目：河南省教育厅科学技术研究重点项目“基于无线传感网络技术的温室大棚智能监控系统设计及关键技术研究”（16A510030）。
基于ZigBee无线的温湿度测量设计与实现
测湿范围:0-１00％RH
测湿精度:＋2．５%RＨ
图2．1 系统组成框图
3.
1)了解温湿度传感器工作原理,根据原理画好ＰＣB原理图。
2)根据ＰＣＢ原理图自制PＣB板电路,将液晶屏，温湿度传感器,ＺigBee开发板等相关元件设备进行集成。
3)测试PCＢ电路,检查相关电路能否正常工作，以及ZigＢｅe核心板的能否正常调试。
ﻩ
JLabellblNewLabｅl＝neｗJLabｅl（＂\u5C0F\ｕ7ＥＣ4\u6210\ｕ545８＼ｕＦF1Ａ＼u79Ｂ9\u542F\u６８0７ \u４F59\u74２A＂);
ｌｂlNewＬａbｅl．ห้องสมุดไป่ตู้etForegrｏｕnd(Colｏｒ．CＹAN)；
ﻩlｂｌNewLａbeｌ.setBounds(19２, 1６8, ２6２, ３１）;
4)在完成电路调试后,用下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动
5)实验完成后做好相应的实验总结。
4.
此处用ＣC253０芯片用作接收信息和控制芯片，实现无线遥控，单跳控制距离可以达到１0０米以上，L２９８Ｎ驱动模块(驱动电机)
（1）温湿度传感器，
（2）电脑和ZｉgBee核心板和JLINK下载模块及其相关的驱动
ﻩﻩgetCｏnteｎtPane().ａdd（lblNewLabｅl);
ﻩ
JLａｂｅllblNｅwＬaｂeｌ＿1=newJＬａbel("\u６C6A\u5４8Ｃ\u5１43 \u5F2０＼u7FFC \u8Ｄ39＼u51CC＼u４E91＂);
ﻩﻩｌabel_1．seｔBoundｓ(1６8, ８3， 8６， 3１）；
ﻩﻩｇｅtＣontenｔPanｅ().ａdd（ｌabel_１）;
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CC2530核心电路设计
D
CC2530
AVDD5/AVDD_SOC
3 系统硬件设计
AVDD_GUARD
XOSC32M_Q2
XOSC32M_Q1
DCOUPL
A
A
A
A
RBIAS V
V
V
V
G P2_3 P2_4
RF_N RF_P
3.2 协调器电路设计
D
D
D
D
N
D
D
D
D
D
4
1
2
3
4
3
4
2
2
3
3
2
2
3
2
2
2
2
N 0
D
K
P
G
5
4
3
2
1 N PWR2.5 DCIN POWER
D
Debug
P
8
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7
5
3
1
G
N 1
1
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2 0
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6
4
2
D
DHT11
VCC_IN
VDD_3V3
P1_7MISO
P1_6MOSI
P1_5/SCLK
P2_1/DD
VDD_5V
VDD_3V3
Battery
B
T
Header
3X2
P
Power
6
5
3
1
系统初始化
执行操作系统
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4 系统软件设计
开始 Y
macEventLoop（） N nwk_event_loop（）
本任务当前 最高优先级事件
Y
Z-Stack中操作系 统是基于优先级的轮转 查询式操作系统，执行 流程图如右图：
本任务当前 最高优先级事件
N Y Hal_ProcessEvent（） N Y APS_event_loop（） 系统消息事件 LED闪烁事件 键盘事件 本任务当前 最高优先级事件
2
1
0
0
3
2
3
2
6
5
1
9
8
7
4
1
G
N
D
G
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1
C
D 5 R
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6 1
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G
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F
1
C
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G
F
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2
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2 1
C10
1
C
7
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8 9
p
p
p
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3
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1
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1 C 1
G 0
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0
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C16
7
G
p N
F
D
2
C
2
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p
G
F
N
D
1 32.768K
C15
2
5
p
F
Y
G
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1 绪论
1.2 系统设计思路
ZigBee系统设计思路如下图：
温湿度采集系统
系统硬件设计
系统软件设计
协调器 节点电 路设计
路由器 节点电 路设计
采集 节点电 路设计
系统 协议 设计
系统 网络 设计
设备 通信 设计
DHT11 上位机 数据采 软件 集设计 设计
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1 绪论
1
2
3
4
5
6
7
8
1
R
1
R
1
R
1
R
K 7
K 6
K 5
K 4
N
D
P
R12
R11
R10
PWR
D
D
D
3 3
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0
1
C
0 5
G
0 N
1 n
C
1
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0 6 F
D
0
n
1.5K
2
2
F
0
0
G
3
Y
N
VDD_5V
P0_7
P0_6
P0_5
P0_4
P0_3/TX
P0_2/RX
P0_1
P0_0
RESET
VCC_IN 2
1.3 C008搭载ZigBee网络实现方案
ZigBee协调器采集的数据传给C008终端，C008终端再 通过C008基站上传到PC机，实现网络的大范围远程监控， 网络如下图：
PC机
网口
ZigBEE网络 C008终端 C008终端
网口
ZigBEE网络
网口
ZigBEE网络 C008终端 C008基站
网口
2
N
D
1 C 1
G 7 0
N
0
n
D
F
1
C14
5
G
G
p N
N
F
D
D
2
L
1
C11
n 2
p
H G
F N
D
2
L
1
C12 2.2uF
C 2
L
n 3
p 8
n 1
H
F H
2.2pF
C13
1
VDD3V3
2 SMA
G
N 3
D
4
5
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底 CC2530_IO VDD_3V3 P2_2/DC P2_1/DD P2_0 P1_7MISO P1_6MOSI P1_5/SCLK P1_4/CSN P1_3 P1_2 P1_1 P1_0 PL2303 板 VDD_5V VDD_3V3 Key&LED C 2 1 R 1 R 1 R 0 3 2 0 0 1 K K K R R 1 9 8 0 0 P n P0_3/TX P0_2/RX 1 F 1 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 G 0 P0_5 P0_4 RESET N 4.7K 4.7K D P2_2/DC P2_1/DD P2_0 P1_7MISO P1_6MOSI P1_5/SCLK P1_4/CSN P1_3 P1_2 P1_1 P1_0 SW-PB S SW-PB S C SW-PB RESET 2 1 3 1 1 1 1 1
3 系统硬件设计
VDD_3V3
GND_3V3
VDD_PLL
GND_PLL
VDD_3V3
RESET
OSC1
OSC2
V
G
VDD_5V P0_7 D D N P0_6 P0_5 P0_4 P0_3/TX P0_2/RX P0_1 P0_0 RESET
D
M D D
P
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
G
5
6
7
8
9
0
DCIN VDD_3V3 P0_7 R15 VDD_3V3 VDD_3V3 C R14 1 0 6 u 1 0 K F P11 1 0 K G N D 4 3 2 1 Power
U
1
2
VCC_IN
Vin
3
G
N
1
B
T
C
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D
Vout
VDD_3V3
C
PWR2.5
Battery
1
0
u
F
HT7533
1
0
2
u
G
N
D
G
N
终端节点去掉了USB转串口电路。核心电路、复位电路、Debug 下载电路以及网络指示灯电路参考协调器电路的设计。
3.4 路由器电路设计
路由器设计时，去掉了USB转串口电路，加上了传感器应用电 路。复位电路、Debug下载电路、网络指示灯电路以及传感器应用电 路参考协调器电路的设计。 2014-11-13
2.2 ZigBee协议栈架构
ZigBee协议分两部分，IEEE802.15.4标准定义了物理层 (PHY)和介质访问层(MAC)技术规范；ZigBee联盟定义了网 络层(NWK)、应用层(APL)技术规范。
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2 ZigBee协议简介
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3 系统硬件设计
3.1 系统整体设计
8 总结与展望
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1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
ZigBee技术具有低成本、低功耗、低速率的特点和高 可靠性、组网简单、灵活等优势。ZigBee技术主要领域有 大棚温湿度采集控制、家庭办公自动化、工业与环境监测 及人员定位与医疗护理等。 ZigBee技术满足了无线通信、网络大范围覆盖、网络 灵活性高以及维护管理方便等要求，是将来物联网发展的 趋势。 由于ZigBee网络覆盖范围有限，本文将ZigBee网络与 北京韦加航通科技有限公司的C008设备网络配合使用，实 现远程大范围监控。
本文设计的系统，主要由1台PC机、1台协调器、多台终端和若干 台路由器组成。协调器负责建立网络，终端和路由器加入网络后，终 端将采集的数据上传给协调器；协调器通过串口上传数据至PC机，PC 机通过上位机界面显示并存储。 采集节点 采集节点