XXXX大学
本科毕业论文(设计)
多节点的ZigBee无线传
感器网络设计
院系名称： XXXX学院 专 业： 网络技术 学生姓名： Docer 学 号： 123456789 指导老师： Docer
XXXX大学教务处制
2019年3月1日
xx大学毕业设计（论文）
xx大学毕业设计（论文）任务书
姓名 潘泽中 学号 毕业 届别 201X 专业 通信工程 毕业设计（论文）题目 多节点的ZigBee无线传感器网络设计 指导 学 历 博士研究生 职 称 副教授 教师 1）毕业设计的任务 利用ZigBee射频芯片作为通信单元，设计多个无线传感器网路节点和协调器的硬件电路和驱动软件，可以采集温度和湿度等物理量。理解TI Z-Stack协议栈，对多个节点和协调器进行组网设计，能以ZigBee规范实现数据传输。 2）毕业设计课题的技术及成果要求 序号 内容 要求 分值 完成时间（周） 1 10 开题报告 任务、目标明确 第3周 2 英文翻译 基本正确翻译与课题相关的10 第3周 3000字以上的英文文献 3 10 设计方案 合理、可行 第4周 4 性能指标1 6个传感器节点和一个协调器30 第8周 硬件 5 30 性能指标2 ZigBee组网代码 第11周 。。。 。。。 9 仿真分析 10 安装与调试效果 能以ZigBee规范实现数据传10 第13周 输 11 论文初稿 要按规格誊写打印毕业设计 第14周 论文；论文包括摘要(中、英文)，关键字，正文，参考文献，毕业设计小结，附录等； 12 论文终稿 毕业设计论文装订按学校的 第15周 统一要求完成 指导教师签字： 201X年11月12日 教研室意见： 题目及工作量符合本科培养要求 是否是新题 □是 □否 教研室主任签字： 201X年11月16日 题目发出日201X-11-1设计（论文）起止201X-11-19至201X-4-12 8 期 时间 附注： xx大学毕业设计（论文）
xx大学毕业设计（论文）开题报告书
课题名称 课题来源 学生姓名 导师 潘泽中 多节点的ZigBee无线传感器网络设计 课题类型 学 号 AY 导 师 专 业 通信工程 开题报告内容： 1. 文献综述(研究意义和现状) 1.1 无线传感器网络 无线传感器网络（WSN）是由大量的具有通信和计算能力的微小传感器节点，以无线的方式连接构成的自治测控网络。一种普遍被接受的无线传感器网络的定义为：大规模、无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络，其中节点是同构的、成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意散布在工作区域，要求网络系统尽可能长的工作时间。 一个典型的无线传感器网络的系统架构（如图1）包括分布式无线传感器节点（群）、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等，如图2.1所示。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达任务管理节点。传感器节点通常是一个微型嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。 无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注，世界各国的科研机构和科研人员对无线传感器网络的研究投入了极大的热情。它综合了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科，是新兴的交叉研究领域。 汇聚节点 互联网和 E 卫星 D C B A 任务管理节点 图1 无线传感器网络的系统架构 1.2 ZigBee标准规范 ZigBee是一种新兴无线网络通信规范，主要用于近距离无线连接。ZigBee的基础是IEEE无线个域网工作组所制定的IEEE 802.15.4技术标准接口。802.15.4标准旨在为低 xx大学毕业设计（论文）
能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10m左右的低速连接，可广泛用于交互玩具、库存跟踪监测等消费与商业应用领域。ZigBee当然不仅只是802.15.4的名字。IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。此外，ZigBee还具有低传输速率、低功耗、协议简单、时延短、安全可靠、网络容量大、优良的网络拓扑能力等优点。ZigBee的这些优点极好地支持了无线传感器网络：它能够在众多微小的传感器节点之间相互协调实现通信，这些节点只需要很低的功耗，以多跳接力的方式在节点间传送数据，因而通信效率非常高。目前，ZigBee联盟正在进行协议标准的整合工作，该标准的成功制定对于无线传感器网络的推广使用将有着深远、重要的意义。 图2 ZigBee协议栈结构概览 1.3 CC2530 CC2530是德州仪器(TI) 日前推出的完整的用于2.4GHzIEEE802.15.4/RF4CE/ZigBee 的第二代片上系统解决方案。它结合了高性能的 2.4GHzDSSS( 直接序列扩频) 射频收发器和一个高性能低功耗的 8051 微控制器，用于搭建功能健全价格低廉的网络节点。CC2530在单个芯片上集成了 IEEE802.15.4 标准2.4GHz频段的RF无线电收发机，具有优良的无线接收灵敏度和抗干扰性。四种工作模式；具有32KB/64KB/128KB/ 256KB 的可编程 FLASH和8KB 的RAM；集成了8 通道12 位模数转换的 ADC；128 位AES 加密解密安全协处理器；看门狗定时器、32kHz 晶振的休眠模式定时器；6mm×6mm QFN40引脚封装，及1 个符合 IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1 个常规的 16 位计时器和 2 个8位计时器，2 个USART接口，21 个可编程 I/O 引脚；硬件支持CSMA/CA功能；允许工作电压(2.0 V ～3.6V)，工作温度:-40 ℃～125℃；具有数字化RSSI/LQ支持和强大的DMA功能；具有电池监测和温度感测功能。前置频率范围:fc=2394MHz to 2507MHz, 频率分辨率为1MHz, 数据传输速率:250kbps，在TA =25 ℃ and VDD=3V，从休眠状态到激活只需要 4us, 而激活状态下接受或发送数据只需要0.5ms, 接收灵敏度-97dBm,RF发送的输出功率为 4.5dBm，CC2530的从休眠模式转换到主动模式的超短时间特性, 能耗特小，特别适合那些要求电池寿命非常长野外使用。 1.4 Z-stack xx大学毕业设计（论文）
1.4 Z-stack TI/Chipcon 公司在 IEEE802.15.4 标准和 ZigBee 联盟所推出的 ZigBee2007 规范的基础上,发布了全功能的ZigBee 2007协议栈,并通过了 ZigBee 联盟的认证。该协议栈全部用 C 语言编写, 免费提供给用户, 同时向后兼容。该协议栈在结构上分为应用层、网络层、安全层、MAC层和物理层, 每一层的函数都严格按照ZigBee 协议栈 IEEE802.15.4 标准和 ZigBee2006 规范所规定的原语格式编写。同时, 在协议栈内部还嵌入了一个操作系统, 用于对任务进行统一的调度. 对于用户而言, 只需要了解应用层函数并进行恰当的调用, 就可以构建功能完善、性能稳定的 ZigBee 无线网络。 2.参考文献 [1] 任丰原，黄海宁.无线传感器网络[J].软件学报，2003，14(7):1282-1291. [2] 孙利民，李建中等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2006.10-20. [3] David Marsh,Richard Tynan.Autonomic wireless sensor networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence[M], IEEE Computer Magazine,2010． [4] 王小强，欧阳骏等.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社,201X.5. [5] 李刚，张志宏，蜜蜂的舞蹈ZigBee的无线网络技术和应用[J].电子产品世界,2006,(1):84-87. [6] 李建中,高宏.无线传感器网络的研究进展[J].计算机研究与发展,2008,45(1):1-15. [7] 蒋挺，赵成林.《紫蜂技术及其应用》（第一版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.1-7. [8] 司海飞，范乐昊.基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络组网设计[J].金陵科学学院学报.2011,27(3):28-33. [9] D. Hahnel, et al, Mapping and localization with rfid technology [R], Intel Research Institute Seattle, WA, Tech. Rep. IRS-TR-03-14, 2003,9. [10] 郭渊博,杨奎武,赵俭.ZigBee技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2010. [11] A.Smailagic,D.Siewiorek,J.Anhalt,D.Kogan and Yang Wang, Location sensing and privacy in a context-aware computing environment [J],IEEE Wireless Communication, 2011, (9):10-17. [12] CC253X片上系统解决方案用户指南（中）[EB/OL].2009.www.zigbee-sh.cn [13] IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications User's Guide[EB/OL].2010.www.ti.com.cn [14] Z-Stack Application Programming Interface[EB/OL].2009..www.ti.com.cn [15] Z-Stack Sample Applications[EB/OL].2009..www.ti.com.cn [16] Application Note: Power Management For The CC2530[EB/OL].2009..www.ti.com.cn [17] 数字温湿度传感器[EB/OL]. http: //wenku.http://www.diyifanwen.net// view/ 77be190a79563c1ec5da71 03 .html 方法及预期目的： 1、本课题的任务要求 1) 设计并完成6个传感器节点和一个协调器硬件电路； 2) 每个节点能够采集环境温湿度数据； 3) 设计并完成多个无线传感器网络节点和协调器的硬件驱动软件； 4) 完成ZigBee组网代码，能使节点与协调器成功组网； 5) 能以ZigBee规范实现数据传输； 2、本课题的整体方案 根据任务要求设计了下述方案：协调器负责ZigBee网络的建立，路由器和终端节点向协调器发出加入网络请求，得到允许后加入网络。路由器和终端节点下挂传感器，定期将采集的环境参数发送到协调器。协调器通过串口直接发送到PC机或者网关处。整体设计框图如下：
多节点的ZigBee无线传感器网络设计
