基于ZigBee技术的低功耗无线温度传输系统设计
基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计—课程设计论文
机器人3课程设计（论文）题目：基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计摘要随着生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。
信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。
因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；CC2530芯片；智能家居The Design of Smart Home Control System Based on ZigBee Technology TechnologyABSTRACTWith the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.Information society has changed people’S lifestyle and work habits to makeintelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches moreand more people’S attention.Thereforethe topic about the integration andmanagement of various communication equipments in home，household appliancesand home security devices combined by the intelligent home c ontrol system remotel，has become a hot research point in recent years．Key words: Zigbee; Z-stack;CC2530;Smart Home目录1绪论 (1)1.1无线传感器网络 (1)1.1.1无线传感器网络概况 (1)1.1.2无线传感器的应用现状 (1)1.1.3无线传感器的未来前景 (2)1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络 (2)1.3论文结构 (3)2 Z-Stack协议栈 (4)2.1 Zigbee协议介绍 (4)2.1.1 Zigbee协议栈的结构 (4)2.2 Zigbee网络结构 (5)2.3 Z-Stack协议栈介绍 (6)2.3.1寻址 (6)2.3.2绑定 (9)2.3.3路由协议 (9)2.3.4数据发送函数 (10)2.3.5网络组建过程 (10)2.3.6数据接收函数 (10)3智能家居系统的实现 (13)3.1系统的整体介绍 (13)3.2系统硬件介绍 (13)3.2.1各类传感器模块 (13)3.2.2终端节点和数据汇聚模块 (15)3.3系统软件介绍 (16)3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计 (16)3.3.2上位机（PC机）的监控界面 (18)4结论 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1无线传感器网络1.1.1无线传感器网络概况无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
基于ZigBee和GPRS无线传输的电机网络温度监控系统设计
的业务 。 根据网络 中承担任务 的不 同 ，
器 、利 用 ＧＰ Ｓ网络传输汇总 节点数 Ｒ
网络设 备可 以分 为 网络 协调 器 、网络 据 的完整无线 网络 （ 如图 １ 示 ） 所 。网 路 由器和网络终端设 备。Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ网网络 、 网状网络和 簇状 网络 ３种拓扑结构。
Ｋ ． ０ ＹＬ１ ２ Ｌ具有如 下特点 ： ０ ①载波频 率为 ４ ３ ｚ； 型 ，然后阐述 了 Ｄ Ｐ工作模块 、电源模块 、外部寄存器接 口 ３ ＭＨ Ｓ ②多种可选 的通讯接 口， Ｒ ．３ 和 Ｔ Ｌ ③ ８ 如 Ｓ２ ２ Ｔ ； 个通讯信道 ； 电路 、存储模块和传感器调理及放大电路的设计 ，最后介绍了 ④传输数 率为 ９ ０ ｂ ｓ； 数据格式 为 ８ １８ ／０ ⑥ 便携式接收显示子系统的设计 。该地面探测系统 陛 鹾 ６０ｐ ⑤ Ｎ ／Ｅ１８ １； 清 稳定，原 提供方波传输功 能 ， 方便非标 的编码客户使用 ； ⑦收发一体 ， 理可行 ，能实时地为 莉 戒分队 供战呖 息。 黾 圆
传 输 的特 点。 一 台 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ设 备 可 连 接 多达 ２ ４台 Ｚｇ ｅ ５ ｉＢ ｅ设 备 ，这 些 设 备使 用干 电池供 电，可 以持 续供 电达
一
据 。Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ具有数 据传 输速 率高 、永
当温 度传感器 检测温度 信号后 ，
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Ｚｇ ｅ 网 络 ｉｂ ｅ 与传 感器 节点 的通
、
无线互联 网接入功能 ，并支持 永远在线 。内置原装进 口商 性 信
ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ网络数 能 西 门子 ＧＰ Ｓ芯片 ，采用双 看 门狗设 计 ，支持工业标 准 据传 输 协 调 器 节 Ｒ
基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计
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。
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计
基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。
智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。
本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。
本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。
在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。
文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。
通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。
文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。
本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。
通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。
二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。
这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。
ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。
它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。
基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计
基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计【摘要】本文主要介绍了基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计。
首先从ZigBee技术和无线传感器网络的概述开始，然后探讨了ZigBee技术在无线传感器网络中的应用以及设计要点。
接着介绍了实验设计与实施、数据采集与处理以及系统性能评估等方面。
最后对课程设计进行总结，并展望了未来的研究方向。
通过本课程设计，学生将深入了解ZigBee技术在无线传感器网络中的应用，掌握相关实验与数据处理技能，提高系统性能评估能力。
这对培养学生的实践能力和解决问题的能力具有重要意义，也为未来无线传感器网络技术的发展奠定了基础。
【关键词】ZigBee技术, 无线传感器网络, 课程设计, 应用, 设计要点, 实验设计, 数据采集, 数据处理, 系统性能评估, 总结, 研究方向, 未来展望1. 引言1.1 ZigBee技术概述ZigBee技术是一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线通信技术，主要应用在物联网领域。
它采用IEEE 802.15.4标准，工作在2.4GHz频段，具有自组网、低功耗、低成本等特点。
ZigBee技术被广泛应用在智能家居、工业控制、智能建筑等领域，为传感器节点之间的通信提供了可靠的解决方案。
其网络拓扑结构包括星型、网状和混合型，具有灵活性和扩展性。
ZigBee技术在无线传感器网络中扮演着重要的角色，通过组建网络、数据传输和协调节点等功能，使得无线传感器网络能够实现远程监测、实时控制等应用。
其低功耗特性使得传感器节点可以长时间工作，适用于需要长期监测的环境。
ZigBee技术还具有良好的安全性和可靠性，能够保障传感器数据的安全传输。
ZigBee技术的应用在无线传感器网络中具有广阔的前景，可以提升传感网络的性能和稳定性，为各种应用场景提供可靠的支持。
1.2 无线传感器网络简介无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是由大量分布在空间中的微小传感器节点组成的网络，每个节点都能感知周围的环境，并能将采集到的数据通过无线通信传输到网络中。
基于ZigBee技术的公共场所无线温度采集系统
基于ＺｉｇＢｅｅ技术的公共场所无线温度采集系统作者：陈蕾曾连荪来源：《现代电子技术》2008年第22期摘要：讨论基于 ZigBee 无线网络技术的温度采集系统的实现方案。
系统的实现基于ZigBee解决方案Chipcon公司的无线射频芯片CC2420加Microchip公司的PIC18F4620微处理器，以及DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DS18B20。
详细讨论硬件设计和软件设计。
系统有效地实现了对公共场所空调温度的采集和监督，并且成本低廉，终端节点功耗低，达到了节能减排的目的。
关键词：温度采集系统;无线网络;ZigBee;CC2420;PIC18F4620;DS18B20中图分类号：TP274文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)22-142-03Wireless Public Temperature Collecting System Based on ZigBee TechnologyCHEN Lei,ZENG Liansun(Shanghai Maritime University,Shanghai,200135,China)Abstract：A design of wireless temperature collecting system is discussed based on ZigBee wireless technology.AdoptingZigBee solution Chipcon CC2420 RF transceiver,MicrochipPIC18F4620 microcontroller and DALLAS digital temperature sensor DS18B20 to realize this system.The hardware design and software design are discussed in detail.The system has an effective temperature collection with low-cost，low power consumption of end device nodes,thus the energy-saving and emission reduction are realized.Keywords：temperature collecting system;wirelessnetwork;ZigBee;CC2420;PIC18F4620;DS18B20多年以来，我国公共建筑的空调管理比较粗放，空调温度设置不尽合理，导致能效不高，造成能源资源浪费，与建设资源节约型、环境友好型社会的目标不相适应。
基于Zigbee(CC2530)的温湿度上位机监测系统设计——毕业设计
基于ZigBee技术的温湿度远程监测系统设计学生：陈园（指导老师：吴琰）（淮南师范学院电子工程学院）摘要: 针对目前温室大棚农作物大面积种植，迫切需要科学的方法进行智能远程监测的研究现状，设计出一套温湿度远程监测系统。
该系统是有多个采集终端和一个协调控制器组成。
多个终端分别放置不同的大棚内进行实时采集数据，协调控制器的作用就是将多个采集终端通过无线传输过来的的数据进行分析并和PC机连接。
PC机上运行上位机软件实时的监测各大棚的温湿度信息。
多个终端和协调控制器均采用TI公司新一代CC2530芯片；温湿度传感器采用市场上比较流行的DHT11；无线传输采用ZigBee协议；上位机软件采用labVIEW编写，并通过RS-232与协调控制器连接通信。
通过实物测试了ZigBee无线传输的稳定可靠性，丢包率在误差范围内。
温湿度采集有0.5s延时时间，满足实时性要求。
关键词:终端；协调控制器；DHT11；CC2530；ZigBee；上位机Design of Remote Monitoring System for Temperature andHumidity based on ZigBee TechnologyStudent: Chen Yuan(Faculty Adviser：Wu Yan)(college of electronic engineering, Huainan Normal University)Abstract:According to the current situation of the research on the intelligent remote monitoring of greenhouse crops, the research status of intelligent remotemonitoring is urgently needed, and a set of remote monitoring system fortemperature and humidity is designed. The system is composed of a plurality ofacquisition terminals and a coordinated controller. Multiple terminals are placed indifferent greenhouses for real-time collection of data, the role of the coordinationcontroller is to collect more than one collection terminal through wireless datatransmission over the data analysis and PC machine connection. Temperature andhumidity information operation software of PC real-time monitoring of thegreenhouse on PC. A plurality of terminals and a coordinated controller are used ina new generation of CC2530 chip of TI company; temperature and humidity sensorused on the market more popular DHT11; wireless transmission based on ZigBeeprotocol; PC software using LabVIEW, and connected with the communicationthrough the RS-232 and coordination controller. The reliability of ZigBee wirelesstransmission stability test through the physical, the packet loss rate is in the rangeof error. Temperature and humidity acquisition 0.5s time delay, meet the real-timerequirements.Keywords:Terminal; coordination controller; DHT11;CC2530; ZigBee; host computer1. 绪论1.1 设计背景和研究意义现如今我国已经成为世界第一粮食生产大国，据有关统计说明，我国农作物设施栽培面积已经超过210万hm2。
基于ZigBee的冷库温度无线监测系统的设计
基于ZigBee的冷库温度无线监测系统的设计关键词：ZigBee,温度传感器,单片机,串行时钟,射频收发器1 引言冷库是担负农、畜、水产等易腐食品以及饮料和部分工业原料等商品的加工、储藏任务的必要设施,是商品流通中的重要环节。
随着人们生活水平的提高,食品的安全卫生越来越受到人们的重视。
每年技术监督部门都要对全市各冷库食品进行抽检,检查后发现市民每年消费的农产品及其他易腐食品中有很大部分就是因为冷藏、冷冻未达到要求而变质的,因此对冷库温度的实时监测对于贮藏品的质量保证显得尤为重要。
实际中,往往由于监测地点过于分散,分布范围广或由于条件恶劣无人值守,常常给测试工作带来许多困难。
尽管通过电话线亦可以传输数据,但往往事倍功半,且对于通信电缆无法架设的地域来说更是无法进行有线数据传输。
本文设计的多个冷库温度无线监测系统通过基于ZigBee的无线传输技术可以很好的解决上述实际问题。
在本系统中,每个冷库监测单元PC机通过以太网将采集的温度数据发送到监测中心PC机,从而实现对多个冷库温度的实时监测。
其中,单个冷库温度无线监测系统主要由两部分组成:温度数据采集系统(无线终端下位机)和温度数据接收系统(上位机),上位机与下位机为一对多关系,并分别以单片机为控制核心,通过搭建的ZigBee网络平台相联系。
采用的ZigBee无线通信技术具有省电,可靠度、安全性高,高度扩充性,成本低廉等优点,可以很好地满足在冷库温度监控中对传输距离、能耗需求等方面的要求。
2 ZigBee协议规范研究及分析本文设计的冷库温度无线监测系统采用了近年发展起来的ZigBee无线通信技术。
下面将简要介绍ZigBee技术在冷库温度无线监测系统中需要解决的几个主要问题:ZigBee网络拓扑结构、数据传输机制和节能技术。
IEEE802.15.4／ZigBee协议中明确定义了三种拓扑结构:星型结构(Star)、簇树结构(cluster tree)和网状结构(Mesh)[1]。
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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。
实际设计中通过掌上终端PDA中的无线通信模块ZigBee开始建立一个网络,子节点模块加入网络,组网过程是自动进行的,无需人工干预。
2 系统设计及实现
2.1 硬件设计
根据设计功能要求,无线温度数据采集系统的硬件电路按可分为温度数据采集终端电路、便携数据采集控制电路以及数据接收端电路。
其中数据采集终端电路主要包括电源模块,Zigbee无线模块,传感器接口电路,编程调试模块。
接口电路采用两个24脚排针,将CC2430所有的21个IO引脚以及电源引脚、复位引脚全部引出,串口通信电路通过MAX3232芯片来实现。
电源转换模块将5V的电压分别转换为3.3V和1.8V的电压以供系统使用。
在无线温度数据采集系统工作过程中,由于实际传感器采集到的模拟信号往往非常微弱,为毫伏量级,要经过放大才能进行观测或驱动后续设备,把较微弱的信号放大到与A/D转换器输入电压相匹配。
前端放大电路提供足够大的增益,并且为了排除各种外来的共模干扰,要保证具有足够大的共模抑制比。
系统选用的是AD620仪表放大器,需要一个外部电阻设置1～1000的增益,AD620尺寸小、功耗低(1.3mA)、精度高。
本系统中采用输出1到5伏信号的传感器,AD620将采集到的信号放大一倍。
2.2 软件设计
无线温度采集及传输系统最初由zigbee中协调器发动并且建立网络,网络创建之后其他子节点如终端、路由器等就可以加入该网络,协调器首先进行信道扫描(Scan),采用一个其他网络没有使用的空闲信道,同时规定Cluster-Tree的拓扑参数,如最大的儿子数(Cm)、最大层数(Lm)、路由算法等。
数据接收端程序主要完成数据的接收及进行与上位计算机之间的通信,数据接收端程序流程如图1所示。
节点的低功耗问题会直接影响到终端温度采集节点的寿命,节点如果在休眠状态下还能够接收数据,那么节点实际一直处于监听状态,最终采用休眠定时的方式对终端节点进行休眠唤醒。
将终端节点的传感器数据采集与节点休眠机制结合起来,设定节点在传感器数据采集之后,将数据向其父节点进行发送,发送成功后,节点进入休眠,休眠计时时间到,节点开始下一轮的数据采集及发送过程,有效降低了无线温度数据采集系统Zigbee终端节点的功耗。
3 结论
采用ZigBee模块作为网关转发子模块采集的数据。
PDA无线终端实时处理子模块发来的数据,并和上位机通信。
通过节点的休眠机制达到降低节点功耗的目的。
进行室内室外的数据采集及传输实验,实验发现,在简单路由网络中数据的传输中节点距离大于70m时,数据传输有间断,丢包率较高,距离在60～70m范围是比较稳定,距离低于
50m时,数据传输及中转正常,丢包率为0。
在点对点数据传输测试中,系统传输距离在60m范围内工作正常。
说明简单路由网络中数据的传输受到限制及干扰,没有点对点网络传输质量好。
参考文献
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