基于zigbee的无线环境监测

1新疆大学毕业论文(设计)题目:无线环境检测小系统设计实现指导老师:李新刚学生姓名：许伟义所属院系：信息科学与工程学院专业：电子信息工程班级：电信11-1完成日期：2015年05月23日2声明本人郑重声明论文（设计）系本人在李新刚指导下独立完成，本人拥有自主知识产权，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的知识产权纠纷由本人负责。签名：3摘要Zigbee是为低功率无线通信网络定义的一些列协议的标准，zigbee无线设备的工作在868MHZ，915MHZ，2.4GHZ频带段，最小的数据速率是250K字节每秒。它可以独立的工作。zigbee是依靠电池供电，所以它把低速率，低功耗，长久的续航能力当做他的主要目标。在许多zigbee应用里，无线设备工作的总时间在任何活动里都是被限制的。这些设备大多数时间都是处于睡眠模式。结果，zigbee设备可以在不换电池的情况下正常工作几年时间。Zigbee的主要应用是监测环境，它可以与传感器相连接，例如：温度传感器，温度传感器，光照传感器。从传感器节点接收数据，并将接收到的数据上传到主控芯片，主控芯片将数据上传至电脑，从而完成监测工作。关键词：zigbee芯片；温度传感器；湿度传感器；光照传感器4ABSTRACTZigBeeisastandardthatdefinesasetofcommunicationprotocolsforlow-data-rateshort-rangewirelessnetworking.ZigBee-basedwirelessdevicesoperatein868MHz,915MHz,and2.4GHzfrequencybands.Themaximumdatarateis250Kbitspersecond.itcanworkbyitself.ZigBeeistargetedmainlyforbattery-poweredapplicationswherelowdatarate,lowcost,andlongbatterylifearemainrequirements.InmanyZigBeeapplications,thetotaltimethewirelessdeviceisengagedinanytypeofactivityisverylimited;thedevicespendsmostofitstimeinapower-savingmode,alsoknownassleepmode.Asaresult,ZigBee-enableddevicesarecapableofbeingoperationalforseveralyearsbeforetheirbatteriesneedtobereplaced.oneapplicationofZigbeeismonitoringenvironment.itcanconnectwithsensors.suchastemperaturesensor,humiditysensor,opticalsensorandsoon.slavenodecollectdataformthosesensor.andsendthemtohostnode.hostnodeuploadthosedataintopersonnelcomputer.intheend,itaccomplishitsworkaboutmonitoringenvironment.keywords:zigbee-chip;temperaturesensor;humiditysensor;opticalsensor5目录1绪论......................................................................................................................................61.1无线环境监测小系统的背景以及意义.....................................................................61.2Zigbee技术的发展现状.............................................................................................71.3论文的主要工作.........................................................................................................82无线环境监测系统的相关技术..........................................................................................102.1Zigbee协议栈...........................................................................................................102.2Zigbee无线组网方式...............................................................................................112.3温湿度传感器技术参数简介...................................................................................113总体方案..............................................................................................................................123.1系统方案介绍...........................................................................................................123.2主控芯片介绍...........................................................................................................143.3太阳能模块介绍.......................................................................................................153.4主要程序介绍..........................................................................................................164系统调试..............................................................................................................................204.1元件的焊接与调试...................................................................................................204.2数据采集模块..........................................................................................................214.3数据采集模块...........................................................................................................215结论.....................................................................................................................................2361绪论1.1无线环境检测小系统的背景以及意义无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork）出现于1990年，一开始用于代替有线网络，但由于初期基础设施不全面，价格昂贵，所以发展及其缓慢。近年来，由于无线通信技术的发展，出现了无线网络，无线internet，尤其是11Mb/s，54Mb/s无线局域网的推出，是无线局域网出现了新得到生机。而本次我们就是以无线局域网为基础，进行环境监测。无线环境监测网络是有大量节点组成的面向任务的分布式网络，他综合了嵌入式计算机，传感器，现代网络以及无线通信，分布式处理等多项技术，有传感器节点进行数据的采集，并将采集到的数据保存到zigbee子节点上，由子节点对数据进行处理，发送到主节点，主节点将收集到的数据上传到PC机，完成数据的保存，方便以后处理数据。环境监测是一类典型的传感器网络应用，再到实际应用的时候，还包含了一些关键技术，例如节点部署，远程控制，数据采样，通信机制等等一系列技术，由于该技术具有广泛的应用相关性，所以我们在实际使用的时候，要结合实际情况进行适当的修改，并且注意关注该技术的最新科研成果，与时俱进，学习先进的算法，路由思路等等。从而才能设计出最优化的无线环境监测系统，满足人们日常生活的需求。本次试验是在实现无线环境监测，就是在要检测的地点布置好大量廉价的zigbee节点，组成自组织网络从而实现监测区域的数据采集，数据融合，数据传输。与传统的环境监测相比，无线环境监测具有以下7点优点：（1）他可以完成无人环境，危险环境的数据采集，从而避免了不必要的事故。（2），他可以减少人为因数对环境的干扰，从而提高了采集数据的准确度（3）由于zigbee可以采用自组织的方式组网，从而降低了由于个别元器件损坏，从而造成数据损失。（4）抗干扰能力强。（5）具有数据存储和传输能力，能将大量数据传到PC机，并且进行保存，从而有利于数据分析。（6）采用太阳能电池板供电提高了节点的续航能力，保证了节点可以长时间正常工作。（7）采用自行设计的电源保护电路，有效的防止了芯片被烧。增大了系统的稳定性。所以系统板可以满足人们7对环境监测的需求。近些年来，无线网络（WirelessLocalAreaNetwork）技术发展日趋完善，许多研究所已经开始加大对无线网络的投入，由此也诞生了许多的具有影响力的科研项目，比如SensIT，SenorsWebs，SmartDust等等。他们推动了无线网络技术的发展。本次试验结合大众需求，已无线网络为基础，联合传感器，从而实现环境监测，是本实验具有了实用意义。也满足了大众对于环境监测的需求。1.2Zigbee技术的发展现状Zigbee是一种具有统一标准的短距离无线通信技术，其PHY层与MAC层的协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层有Zigbee联盟制定，应用层可以根据开发者的要求，进行自行设计，对它进行开发利用。所以这项技术可以为用户提供机动，灵活的组网方式，方便用户使用。根据IEEE802.15.4协议标准，Zigbee的通信频率分为3个频率段，三个频段的频率相距较大，并且再到各个频段上的信道条数也不相同，因而他们所对应的调制方式和传输速率也不相同。他们分别为868Mhz，915Mhz，2.4Ghz。其中在2.4Ghz上对应16个信道，该频