随着无线传感网络的发展和对Zigbee技术研究的不断进步，有线的测温系统已不能够满足现代快速并且要求高效的数据传输和处理，Zigbee技术能够多点监测和无线组网通讯，其应用前景被非常看好的。 Zigbee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术，以其经济、可靠、高效等优点在WSN中有着广泛的应用前景，是设计无线测温系统的良好途径。 本设计首先研究了无线传感网络的概念，发展和现状，并且分别分析了目前市场上的几种近距离无线通讯技术的优势和劣势，其立足于市场的特点。分析了基于Zigbee的无线测温的优越性，并且在此基础上提出无线测温系统的设计的可行性。 后面是对Zigbee的通信协议进行了研究,分析了Zigbee协议的发展，协议栈的体系结构，网络拓扑，路由和通信原语等，对Zigbee的应用前景和用途进行了分析。介绍了设计无线测温系统所用到的温度传感器DS18B20，所使用的CC2530芯片和实现无线温度传感器的架构。 最重要的是设计和实现了无线测温系统的数据发送和接收的流程，该设计方案是由一个采集器充当中心节点和一个传感器节点充当从节点组成。采集器负责向终端节点查询温度信息，从节点负责将温度传感器所采集到的信息反馈给采集器，从而达到对一块区域进行温度监控的目的。该方案利用温度传感器检测环境温度、从节点温度数据的发送、主节点对温度数据的接收及上传给上位机显示。 最后详细分析了系统工作的流程图和部分重要的程序代码，在实际情况下，进行了实验显示，连接上位机进行了监测，上位机提取出地址和温度值，并实时的显示出来，反映温度的变化。
课题研究的目的及意义 既然研究无线测温就必须先了解无线传感器网络，无线传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能，而这正对应着现代信息技术中的传感器技术、计算机技术和通信技术这三大基础技术。 由于在无线传感器网络设计这方面低能耗的实现是比较重要的方面，而经研究显示：对无线通信模块的能量消耗影响影响最大的部分是路由协议和MAC协议[9]。近几年来对无线技术的需求的日益增长，无线既要做到简单方便还能随意移动，那在未来的个人活动空间内就要大量的无线接入点，低价才是关键。所以设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机来降低元器件的价格。核心设计就是低功耗和低价格的，即该标准应当提供低带宽、低数据传输率。在 2000 年， IEEE 新的标准委员会成立了一个被称之为任务组四的新任务组，该任务组订制了低速率无线个人域网(LR—WPAN)标准，被称之为802.15.4[11]。任务四组的主要目标是：在价格低廉的、固定或者便捷的、可移动的装置中，提出一个具有超低复杂度、超低价格、超低功耗、超低数据传输率的无线接入标准。该组的工作任务是将物理层和媒体接入控制层(MAC)进行系统的规范[10]。 Zigbee的基础是IEEE 802.15.4 ，它是IEEE无线个人区域网（Personal Area Network，PAN）工作组的一项标准，被称为IEEE 802.15.4 (Zigbee)技术标准。在需要数据采集或监控的网点多，要求传输的数据量不大，而要求设备成本低，要求数据传输可性高，安全性高，设备体积很小等所需资源不多的情况下，这种Zigbee低功耗的网络协议是值得考虑应用的。Zigbee技术的也广泛应用于各个领域，如工业，环境监测和预报，家庭自动化，遥测遥控和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。可见Zigbee的应用前景是极为广阔的。 本文工作和论文结构 本文的设计目标是通过一个采集器和传感器，搭建一个Zigbee网络。达到无线测量环境温度的效果。 本文的主要工作如下: 1.分析IEEE802.15.4和Zigbee协议，了解Zigbee技术的特性和通信原理研究Zigbee协议栈及其具体实现方式，并能初步应用协议栈实现具体功能。 2.根据节点的物理特性，选择合适的开发工具，芯片温度传感器等，组建无线传感器网络节点。 3.测温系统的设计及整个网络的构建，能完成预期设定的功能并能达到预定的性能指标。 论文的结构： 本文结构大体上分为三个部分:第一部分对无线传感器网络进行了介绍以及对Zigbee技术、协议栈的简介，包括第一章，第二章;第二部分为关于硬件和软件方面的实现方式以及整个系统如何构建包括第三章，第四章第五章:第三部分是总结部分，包括不足和进一步研究的方向。 第一章 : 绪论。该章介绍了无线传感器网络的概念，然后对包括Zigbee技术在内的几种短距离无线通信技术做了介绍和比对，做了本设计做了简介。 第二章: Zigbee协议概述。主要包括IEEE 802.15.4技术，Zigbee协议栈的体系构架，网络结构API函数和所使用的路由等。以及对Zigbee的应用前景做了分析。 第三章：CC2530和温度传感器的介绍。主要介绍了CC2530芯片的电路，功能和应用，还有无线温度传感器的实现，DS18B20的特点等。 第四章：无线测温系统的设计。最主要是从软件和硬件的介绍，采集器和传感器的工作流程和程序设计，对于无线测温功能的实现。 第五章：上位机的设计。最主要就是利用VB6.0开发的上位机软件部分，实现温度的实时显示和监测，达到人机互动的良好界面。 总结：对于本设计所完成的工作和任务的总结，所实现的效果，还有存在的不足和对可进一步的研究的展望。
本文介绍了Zigbee技术和无线测温系统设计的过程，利用的是CC2530芯片和DS18B20温度传感器设计实现了温度传感器网络的软硬件部分，在采集器和传感器的配合下，完成了对温度的无线检测。 设计是以Zigbee无线通信技术为基础的，Zigbee技术具有近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本等优点，因而成本和功耗方面的是本设计的一大优势。试验结果表明，利用Zigbee技术对传感器数据实施无线传输是具有可行性的。与传统的温度采集系统不同的是，采用Zigbee技术的温度传感器可以使用无线将数据采集。而不同于其他无线数据传输方式，Zigbee技术更加具有优势，其更小的体积，更低的功耗，更强的扩展性等特点，最终形成具有短距离无线通信能力的Zigbee温度检测系统，既解决了困扰已久的控制现场电缆众多的问题，全面提高了传感器的可移动性，从而提高传感器安装的灵活性和使用的便利性。同时，由于Zigbee技术组网方便，网络容量大，可以满足工农业生产上多点的温度检测，应用前景比较广泛。最终和上位机的连接也充分体现了较为高效，实用的监控效果[27]。 本设计还是存在很多的不足是需要改进和提高的，比如设计的稳定性，温度显示的变化趋势，数据的存储方式等。而且在此有限的条件下，没有完全体现Zigbee技术的特点，它的网络容量大，一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备， 一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络, 而且网络组成灵活，其可靠安全性也极强。这些都是我们可以继续开发研究的方向。 Zigbee技术的应用前景是及其好的，它弥补了低速率、低成本和低功耗无线通信市场的空缺，它能获得成功主要是便捷的应用。将来会有更多的关注这一领域的研究和设计，我很肯定将来将有越来越多的内置式ZigBee功能的设备进入我们的生活，并将极大地改善我们的生活方式。 |
