基于ZigBee的无线温湿度采集系统设计毕业设计论文

第2章ZigBee协议简介

并且为其指定网络拓扑中的传输路由。NLME主要提 供网络中的管理服务[15]。

网络层功能：1)网络发现与形成；2)路由器初始化；3)设备同网络连 接；4)网络的断开与重新加入；5)接收机同步；6)信息库维护。

(4)

应用层(APL)

ZigBee应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee设备对象层(ZDO)和

制造商自己定义的应用程序框架(AF)。ZigBee应用层除了提供一些必要函 数以及为网络层提供合适的服务接口外，一个重要的功能是用户可以在这层 定义自己的设备应用对象。

应用支持层使用了生产商自定义的应用对象和ZigBee设备对象提供的 服务，借此实现了网络层和应用层之间的接口问题。应用层通过两个服务访 问点(APSDE-SAP和APSME-SAP)提供了数据服务和管理服务。应用层数据 服务实体通过APSDE-SAP提供了数据传输服务，应用层管理服务实体通过 APSME-SAP来提供管理服务[15]。

ZigBee设备对象是一个特殊的设备应用对象，它在端点0上实现。它 使用应

用层的APSDE-SAP和网络层的NLME-SAP包括了定义网络中设备 的角色，发起

。

和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制等功能。

应用程序框架层(AF)是应用在ZigBee协议栈上的程序，即芯片生产厂 家自己定义的应用对象，遵循(profile)规范运行在设备端点1-240上。在 ZigBee应用中，

AF层提供了 2种标准的服务类型：键值对(KVP)服务和报 文(MSG)服务[16]。

2.4本章小结

本章首先介绍了 ZigBee网络的体系结构，并详细介绍了 ZigBee网络中 的设备分类及拓扑结构。接着详细阐述了 ZigBee协议栈的架构，并且分别 对物理层、

MAC层、网络层和应用层进行了介绍。

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燕山大学本科毕业设计(论文)

第3章系统硬件设计

通过在前面两章的比较、学习、研究，本章首先提出了基于ZigBee的 无线温湿度采集系统设计的整体方案，然后对系统的硬件电路进行了详细设 计。

3.1系统整体方案

本文设计的基于ZigBee的无线温湿度采集系统，主要由1台PC机、1 台协调器、多台终端节点和若干台路由器组成。系统采用了分布式的测量方 式，终端节点根据实际生产应用，放置在不同的实际环境当中；在协调器与 终端节点数据传输距离达不到的时候，添加路由器作为中继，进行数据的透 明传输。整个无线温湿度采集系统的网路拓扑结构如图3-1所示。

采集节点

采集节点

采集节点 ??)) PC机

((??

采集节点 ((f))

协调器首先建立

好网点的经过

赋予一个16位通信都

采集节点

采集节点

图3-1无线温湿度采集系统框图

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络，等待各个传感器节入网请求；传感器节点 验证后加入网络，将被短地址，在以后网络中的

以这个16位的短地址作为节点的标识。传感器节点把温湿度传感器采集到

第3章系统硬件设计

的数据读取，并通过无线传感器网络将数据包上传给协调器；协调器通过串 口按定义好的数据格式上传给PC机，PC机通过上位机软件解析、显示并 存储数据。上位机界面用来监控各工作环境的温湿度，以便掌握整个网络系 统的运行状态。

3.2系统硬件平台选择

本文系统总体设计方案分为硬件设计和软件设计两个方面，接下来首先 介绍系统硬件平台的设计。硬件平台选择主要分为处理器(MCU)和射频收发 器(RF)的选择以及相关外围电路器件的选择，主要选择原则有：是否易于实 现；性能是否满足设计要求；设计开发有没有适合的开发工具。此外，还必 须针对ZigBee网络的结构特点，对功耗、成本和芯片封装大小等方面进行 综合评估考虑。

一个完整的硬件开发平台主要由MCU+RF收发器组成，目前主流的设 计方案存在两种，一种是MCU+RF收发器方案；另一种是SoC方案[2]。

(1) MCU+RF收发器解决方案

以8位单片机为基础，搭配IEEE802.15.4/ZigBee标准的射频芯片，组 成集信息米集、传输、通信多功能于一体的ZigBee通信模块。这种方案构 建灵活，设计多样化，可根据实际应用具体选型设计。单片机与射频芯片间 主要SPI串口连接。MCU作为整个模块的核心，控制协议栈；射频芯片则 主要完成无线通信的接入。模块框图如图3-2所示。

目前市场上主要的MCU+RF解决方案有几种：

1) TI的解决方案：MSP430(业界公认的低功耗单片机)加CC2520,此方 案符合ZigBee低功耗的要求，受到很多工程技术人员的推荐；

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