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基于无线传感网络的Zigbee温度检测系统

摘要：本文基于TI和ZigBee协议栈芯片CC2530，建立一个简单的无线传感器网络监测系统。本文主要针对ZigBee网络的构建和节点逻辑类型的配置方案进行了介绍，并介绍了ZigBee网络节点的组成，作为无线传感器网络监控系统的功能。

关键词：CC2530芯片；无线传感器网络；ZigBee协议

1. 介绍

无线传感器网络的发展是出于军事上的应用，如战场侦察；今天这样的网络使用在许多工业和消费中都有不同程度的应用，比如工业过程的监测和控制，机器的健康监测、环境监测、医疗应用、家庭自动化、交通控制等。该网络可以识别，收集和处理网络内的信息，然后将它们发送给观察员。无线传感器网络技术在温度监测系统中的应用也是近年来研究的热点。

ZigBee是基于低速率无线个人区域网络的IEEE802.15.4标准的一种短距离、低功耗、低利率的低成本的无线网络技术传输（LR-WPAN）。ZigBee支持无线网络类型的三种主要的自组织，即星型结构、网状结构（网状）和形态结构（簇树）；它提供了三个级别的安全模型和工作模式。ZigBee的协议栈是在IEEE802的基础上建立起来的（物理层和介质访问控制层）。它创造了网络层、安全层、应用层和其他强大的网络精明设备。由于ZigBee技术的诸多优点，ZigBee技术已经广泛应用于家庭和建筑网络、工业控制、传感器网络、物联网、监控、农业控制、医疗工业等许多领域。

我们将主要讨论如何构建基于无线传感器网络的ZigBee温度监测系统。

1. zigbee温度检测系统的标准参数

温度监测在工业控制领域有着重要的应用。传统的监控系统一般采用点对点传输或有线传输的方式将传感器数据传输到上位机进行分析处理。当测量环境变得更加严峻，监测点变得更加复杂，布线变得更加困难或需要多点温度监测时，传统的监控系统的应用将在很大程度上受到限制。基于上述考虑，我们采用ZigBee技术来实现温度检测和无线传输网络，可以很好地满足我们的要求。

基于ZigBee协议栈的ZigBee温度监测系统。Z-Stack是TI的ZigBee兼容的协议栈。在ZigBee网络中，有三种类型的逻辑设备：协调器，路由器和终端设备（终端设备）。

1. 检测系统介绍

温度监测系统包括两个采集节点，其中一个作为协调器和网关工作，另一个作为路由器工作。它还包括十个传感器节点，并使用集群树网络架构。系统结构如图所示

当作为协调员，ZigBee无线温度监测系统采集节点选择一个相对自由的通道和P AIND，然后启动网络。它也将有助于建立网络层的安全层和处理绑定的应用层。当整个网络启动并已完全配置时，它将退化为普通路由器。在此操作模式中的节点也被称为汇节点。在网关模式下工作时，通过UART与用户PC通信。当它作为路由器工作时，它不仅可以极大地扩展网络数据传输距离，而且还可以增加传感器节点的安装数量。

传感器节点作为ZigBee无线传感器监控系统中的终端设备，当采集节点建立网络时，允许其他设备绑定到节点。传感器节点后加入网络，传感器节点开始采集温度数据，温度数据将发送到他们的父节点（路由器或网关），然后最终温度数据将显示在z-tool PC上的软件。

图1 温度监控系统的架构

1. 硬件软件基础建设

无线网络监控系统采用的是TI的CC2530芯片，是由湘潭天电子科技有限公司生产的无线数据传输模块的无线节点，同时采集节点采用cc2530评价模块和传感器节点使用cc2530电池地板。他们的能源是由两个电池或直流电源供电，可接受的电压为2 V至3.6V。该模块的传输距离可以达到100米的时候，它配备了一个开放的环境下的天线。CC2530是符合IEEE 802.15.4标准的真正的片上系统，支持专有802.15.4市场以及ZigBee，ZigBee Pro和ZigBee RF4CE标准。CC2530提供101db链接预算，良好的接收灵敏度和抗干扰性，四种供电模式，和广泛的外设集,包括2 USARTS、12位ADC，21通用GPIO，以及更多。除此之外，通过RF方式达到一般的低功耗和无线通信，以及业界标准的增强型8051 MCV核心。CC2530可以再加上一个完全的标准的或专有的网络协议栈（REMO Ti，Z-Stack，或Simplici Ti）并让你的市场快速发展。CC2530可以使用的应用程序，包括远程控制、消费电子、家庭控制、计量、智能能源、楼宇自动化、医疗和更多。

CC2530模块主要采集温度传感器在CC2530芯片的数据，然后发送温度数据给协调员。无线节点的程序是在IAR Embedded Workbench for MCS-51单片机开发环境下编译。当程序编译完成，我们将下载的可执行二进制代码通过多功能仿真调试器或智能射频编程器软件烧录进CC2530芯片，并且在用户的电脑客户端进行运行，用户电脑上运行的z-tool监控软件运行之后进行监测传感器节点采集到的温度数据。该系统主要功能是完成应用层代码，同时修改了原有协议栈中网络层的部分代码。无线网络监控系统的开发环境如图。

图2 无线网络监控系统的开发环境

系统的启动代码需要完成硬件初始化，软件体系结构的各个模块，并为系统的运行做好准备。系统启动代码分为系统时钟初始化，芯片电压的监测，堆栈的初始化，所有硬件驱动程序的初始化，初始化Flash，MAC地址初始化、非易失性存储器初始化，MAC层协议和应用层协议框架的初始化，以及操作系统的初始化等，流程图如图3所示。

图3 温度检测系统结构

1. 网络的形成

该监控系统的组网主要通过硬件驱动程序的编写程序和物理层（PRY层）和媒体访问控制层（MAC层）的程序编写来完成系统底层的操作，之后我们将编写网络层和上层应用软件。在该系统中，传感器节点和收集节点的逻辑设备类型的设置需要用户通过键盘进行配置。 通过按下按钮配置协调器（默认情况下，如果设备不被配置为路由器）配置过程回调密钥处理函数来实现所需的功能。 每个设备都有一组可以在同一网络中配置的参数，所有设备的配置参数（如网络ID（PANID），通道））应设置相同的值。 当设备配置和一系列初始化完成后，协调器将从终端设备找到并加入网络，成功地选择预先建立的信道和网络PANID，以建立协调器和终端设备之间的绑定关系。首先，协调器扫描DEFAULT_CRANLIST参数指定的频道，并选择一个空闲频道来形成网络。 如果ZDAPP _ CONFIG_PIN _ ID被定义为OXffff，协调器将根据其自己的IEEE地址创建一个随机PANID; 如果没有定义为Oxffff，协调器将创建DEFAULT_CHANLIST参数指定的PANID。 为了创建网络，协调器调用ZDO_ StartDevice()功能来启动设备，并最终成功构建网络。

当路由器和终端设备启动时，它们将扫描DEFAULT CHANLIST参数指定的通道。一旦协调器设备接收到终端设备要加入网络的请求，它将确定是否允许他们加入其网络。 如果允许，终端设备将被自动分配唯一的16位短地址，或其唯一的64位长地址。 在所有终端设备加入网络之后，ZigBee网络已经成功建立，并且可以最终发送或接收数据。 图4显示了ZigBee无线网络的构建过程。

图4 ZigBee无线网络的建设过程

捆绑

bull;如果目的地址的扩展地址已知，我们可以调用zb_BindDevice ()函数来创建绑定条目。

bull;如果扩展地址未知，用户可以通过关键来帮助绑定操作。在这种情况下，允许目标设备通过zb_AllowBind ()功能进行绑定。 我们调用zb_BindDevice()函数在源设备中执行绑定操作（具有空地址）。 在这个系统中，我们需要按收集节点上用作协调器的按键，使设备成为绑定状态。

bull;取消绑定和创建绑定的请求都是通过调用zb _BindDevic()函数，它们之间的差异是参数的配置。如果是真的，我们将创造一个有约束力的关系; 如果是假的，绑定关系将被取消。

6.数据传输

在ZigBee网络中，数据分组有四种数据传输机制：间接数据传输，直接数据传输，组播传输和广播传输。 根据网络类型，我们将数据传输到终端设备并从终端接收数据的确切机制是不同的。在该系统和集群树网络中，我们选择间接传输机制。

当终端设备想要发送数据帧时，只需要等待信道变得空闲。 只有当网络建立并且所有设备加入网络时，传感器节点才会调用zb_BindConfirm()function来创建ZigBee设备之间的绑定关系，然后ZigBee设备才可以相互发送数据。 如果没有，则需要再次搜索收集节点。 因此收集节点和传感器节点应先建立绑定，然后将传感器节点收集的温度值发送给收集节点; 如果传感器节点没有从收集节点收到确认消息，它将取消与收集节点的绑定关系，然后重新发现收集节点并重新建立绑定关系。

当收集节点从传感器节点接收到信息时，它将触发SYS_EVENT_MSG事件，使收集节点将温度数据传输到PC的串行端口。 然后在PC上运行的Z-Tool Monitor软件接收数据包，在终端屏幕上显示。 我们将通过PC上的Z-Tool Monitor软件观察传感器节点收集的温度数据，如图5所示：

7.zigbee温度监测系统的功能

总之，ZigBee温度监控系统应用程序的主要功能是：协调器自动创建网络，采集收集模式，与PC建立桥梁; 协调器创建绑定关系，然后传感器节点或其他路由器将自动发现网络并加入; 当我们按键已经在传感器节点上设置时，它们将开始向网关发送温度值，之后网关将这些数据通过串口传输到用户PC。通过对计算机软件的分析，解析的数据将显示在PC上，供用户控制。

基于无线传感器网络的ZigBee温度监控系统已经成功构建。如果每个节点的温度发生变化，用户可以通过PC上的Z-Tool Monitor软件直观地看到温度变化。

1. 结论

本文设计了基于ZigBee的无线传感器网络监控系统，实现了实时控制和监控的目标。 通过对无线传感器网络和ZigBee相关特性的了解，本文开发了基于CC2530无线模型和ZigBee标准的ZigBee温度监控系统构建实施方案。提出了无线传感器网络监控系统建设过程的详细描述，并介绍了数据包的数据传输机制。在实际操作中，监控系统可以有效的获得准确的网络拓扑和选择节点属性或接收传感器数据。

基于IEEE 802.15.4和ZigBee智能家居能源管理系统

摘要：无线个人区域网络和无线传感器网络正在迅速普及，IEEE 802.15无线个人区域工作组定义了不同的标准，以满足不同应用的需求。无处不在的家庭网络渐渐由于融入了我们的日常生活而受到广泛的关注。这一创新系统透明地统一了各种家用电器，智能传感器和能源技术。智能能源市场需要两种类型的ZigBee网络进行设备控制和能源管理。而今，许多机构将IEEE 802.15.4和ZigBee使用与不同的领域，为电子设备控制，能源管理，家庭和商业楼宇自动化以及工厂设备管理等各个领域提供有效的解决方案。我们介绍了一种多传感器、加热和空调系统和驱动器应用的设计——家庭用户:基于传感器网络的智能家居和能量控制的智能光控制系统。

本文设计了智能家居设备的概述，以及基于智能能源的住宅或轻商业环境中所需要的需求响应和负载管理“智能能源”应用的标准实践。这个初始版本中的控制应用程序域包括传感设备控制、定价、需求响应、负载控制应用程序。本文介绍了智能家居接口和设备的定义，以及各种电子设备、仪表和智能能源产品制造商生产的ZigBee设备之间的互用性。我们介绍了提议的家庭能量控制系统设计，为用户提供智能服务，并使用一个真正的testbad来演示其实现。

1 介绍

迈向智能能源管理将不仅需要改变能源供应的方式，而且需要能源市场两种类型的ZigBee网络进行设备控制和能源管理。这些包括邻里区域的能量网络，在家里或公寓内使用ZigBee，并使用ZigBee在家中与设备进行通讯。

最近，企业利用ZigBee有效地为各种领域提供解决方案，包括消费电子设备控制、能源管理、家庭和商业建筑自动化以及工业工厂管理。作为一个生态系统，该协议为未来的产品和服务公司提供了发展ZigBee产品的一切机会。智能能源网络可能包括ZigBee 2006和IEEE 802.15.4。本文建议网络中的大多数节点都应该基于一个堆栈概要文件，或者其他节点已获得可靠的性能。ZigBee智能能源认证产品必须基于一种z型的平台(ZCP)[2][3]。如果智能能量配置文件与一个私有概要相结合，那么该产品应该是“ZigBee”特定配置文件(MSP)，并且必须是smart energy ZCP认证的。这个额外的认证提供了一个保证，即基本堆栈的行为是正确的，并且应用程序不会对网络进行滥用。智能能源网络将不会与消费者的“ZigBee Home Area Network”(HAN)合作，除非一个设备被用来在两个配置文件或HAN设备之间执行“应用级桥梁”，以满足智能能源配置文件的要求。

2 相关工作

简单来说，照明控制系统在你想要的时候，在你想要的地方提供正确的光量。灯光可以自动开启、关闭或调暗，或在设定的条件下，加上用户可以控制自己的照明水平，以提供最佳的工作条件。照明控制有助于降低成本和节约能源，在不需要的时候关闭(或调暗)灯。

最简单的照明控制系统在规定的时间内关闭(或dims)灯，当建筑物被假定为空的时候，然后在人们第二天上班之前把灯重新打开。这是一个开始，

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