完整版基于Zigbee的无线环境监测系统设计毕业设计.docx

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完整版基于Zigbee的无线环境监测系统设计毕业设计

齐齐哈尔大学

毕业设计（论文）

题目基于Zigbee的无线环境监测系统设计

学院通信与电子工程学院

专业班级物联网112班

学生姓名王海超

指导教师惠鹏飞

成绩

2015年6月15日

摘要

随着各种现代化信息技术的迅猛发展和进步，以及人们生活水平的提高，人们越来越对自己所处的环境有了更高的要求。

人们都想要自己的生活环境健康、舒适。

近些年，特别是人类在信息技术上的快速发展，使得各种有线无线通信技术有了前所未有的突破，未来，随着各种无线技术的成熟和成本应用的下降，有线将慢慢离开技术舞台的中央。

因此，本文为此而专门设计了基于Zigbee的无线环境监测系统。

为了以较小的成本，较高的安全性和可靠性，并且能够实时准确地监控家庭环境的参数，供PC决策以确保人们的居住环境的健康性，最大程度地减少人们因长时间在受污染的家居环境中而生病，本文利用ZigBee技术而开发设计出了这一智能家居中的子系统——环境监测系统。

其最大的优点在两个方面，一是无线，这样可以使地方占用小，方便安装，不会给家居环境增加视觉干扰；二是功耗低，其使用两节干电池即可工作半年以上。

本论文以ZigBee无线传感网络技术为核心，与各种传感器技术相结合，设计出一套方便实用的家居环境监测系统，为家居中的管理中心（PC）提供准确无误的决策参数，是智能家居系统中不可缺少的子系统之一。

其中终端传感器节点可以选择温度、湿度、亮度、一氧化碳等传感器，并且可以根据需求增加或减少终端。

故本文无线网络终端模块选用的是CC2430芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送，此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就可以实现功能，无需再加单片机。

在数据接收端（即协调器节点）收到的数据处理并上传到PC以供其分析控制家居中智能电器调节各项环节参数，以此可以实现快速、实时并且方便的家居环境信息的监测功能。

关键词：

，无线传感器网络，环境监测，智能家居

Abstract

WiththerapiddevelopmentandprogressofavarietyofmodernIT,andhuman’sStandardsoflivingimprove,moreandmorepeopledemandtoliveinahealthyandcomfortableenvironment.Inrecentyears,especiallyhumanbeingsintherapiddevelopmentofinformationtechnology,makingavarietyofwiredandwirelesscommunicationstechnologyhasbeenanunprecedentedbreakthrough.Withavarietyofwirelesstechnologiesmatureandcostsdecline,thecablewillslowlyleavetechnologycenter.Asaresult,thewirelesssmarthomesystemcameintobeing,whilethewirelesshomeenvironmentmonitoringsystemdiscussedinthisarticleisoneofthesubsystems.

Inordertohavelesscost,highersecurityandreliability,andablitytomonitorthehomeenvironmentinrealtme,tominimizepeoplesick,thispaperusetheZigbeewirelesssensornetworktrchnolgydevelopmentanddesignEnvironmentMonitoringSysteminthissmarthome.Ithastwobiggestadvantages.First,thewirelesscanmaketheplaceoccupiedbysmall,easytoinstall,willnotincreasethevisualinterferencetothehomeenvironment;Second,lowpowerconsumption:

itcanbeusedwithmorethansixmonthsbytwodrybatteries

Inthisthesis,aZigBee-basedwirelesssensornetworktechnologyforthecoreandthecombinationwithavarietyofsensortechnology,designedasetofexcellenthomeenvironmentmonitoringsystemforsmarthomemanagementcentertoprovideaccuratedecision-makingparameters,smarthomeanintegralsubsystemofthesystem.Terminalsensornodescanselectthetemperature,humidity,brightness,andcarbonmonoxidesensors,andcanincreaseordecreaseaccordingtodemandterminal.DuetotheCC2480chipdoesnothavebuilt-inmicroprocessorcore,andfewuseruseitasaZigBeemodule.SoterminalmoduleofthewirelessnetworkchoiceofTI'sCC2430chipasaplatformtoreceiveandsendsensorcollecteddata,thechipmicrocontrollercoreofthe8051coreandacertainamountofmemoryspace,soaddingalittlemoreperipheralcircuitcanfunctionalitywithouttheneedcoupledwiththemicrocontroller.Coordinatedatareceiver（node）receivesthedataprocessinganduploadedtothemanagementcenter（PC）foranalysistoadjustthelinkparameterstocontrolsmartappliancesinthehome,thiscanbeachievedfastconvenient,real-time,homeenvironmentmonitoringfunction.

Keywords：

ZigBee，Wirelesssensornetworks,smarthome,environmentalmoni

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1概述1

1.2环境监测系统国内外发展现状1

1.2.1有线环境监测系统特点1

1.2.2无线环境监测系统的特点2

1.3本文研究的意义2

1.4本文的研究内容3

第2章ZigBee技术的概述4

2.1ZigBee技术的概念4

2.2ZigBee技术的特点5

2.3ZigBee网络设备组成和网络结构6

2.4ZigBee的协议分析7

2.4.1网络层（NWK）7

2.4.2应用层（APP）8

2.5本章小结10

第3章系统的总体设计11

3.1系统结构11

3.2系统功能定义12

3.3系统监测参数介绍12

3.3.1温度12

3.3.2湿度12

3.3.3一氧化碳气体13

3.3.4亮度13

3.4系统设计要求13

3.4.1硬件要求13

3.4.2软件要求14

3.5本章小结14

第4章系统的硬件设计16

4.1ZigBee硬件选型16

4.2节点硬件设计18

4.2.1协调器节点设计18

4,2,2终端节点设计19

4.3传感器的介绍20

4.3.1.温度传感器（DS18B20）20

4.3.2.光强度传感器（BH1750FIV）21

4.4本章小结21

第5章标题22

第6章标题23

结论24

参考文献25

附录126

附录227

致谢28

第1章绪论

1.1概述

随着计算机软硬件技术、网络技术和工业综合自动化系统整合水平的不断发展，对监控数据传输的实时性、数据接口的开放性以及数据链接的安全性的要求越来越高，有线控制网络的局限性也越来越突出，无线的优势也越来越明显。

其中ZigBee短程无线网技术以其数据传输安全可靠、组网简易灵活、设备成本低、电池寿命长等优势，在工业控制领域中展现了深厚的发展潜力[2]。

1.2环境监测系统国内外发展现状

随着经济的发展和我们生活质量的提高，智能家居的智能化要求也是愈来愈高，智能家居亦成了近几年来学者们的一个研究热点。

现有的智能家居产品大部分是以有线网络做为家庭的内部网络，有线网络布线麻烦，终端节点数量多而需要数量庞大的电缆，而无线通讯技术能很好的解决以上问题。

国际上的家庭智能化系统已经形成集中以有线为基础的标准，包括有：

美国的X—lO和CEBus、欧洲的EIB、日本的HBS等。

目前，国内的这些智能家居系统还处于萌芽的阶段。

近些年来，在各个大公司和媒体的大力宣传下，我国的家居环境监测行业开始起步，已经有一些前瞻性很强的公司在从事此类系统的开发。

另外，国内亦有些电器厂家也在市场上推出了自主的智能家居系统，类似的系统在家居环境的监测中均可以实现各种功能。

1.2.1有线环境监测系统特点

虽然现在的各种有线技术亦能够对环境信息进行监测与处理，让各种监测设备之间进行连接通信。

但当采用有线技术方案时，根据智能家居环境监测系统的特点，它存在一些缺点，如下面几项所示：

（1）系统布线麻烦。

采用有线技术时，对各个监测点分别进行布线将是一份复杂庞大的工作，特别是当系统监测对象的数量较多时更是如此，又容易破坏家庭之前装修的完整性；

（2）安装与维护成本高。

在安装系统时，需要安装大量的线缆，家居装修建材等，特别是当用户要需要增加节点以增加系统功能时，更是要重新对其进行布线。

（3）系统可扩展性差。

增加或减少新的监测对象必将要求系统具有良好的软件与硬件扩展性。

硬件可扩展性是有线技术方案的主要技术难点之一。

（4）移动性较差。

由于有线的束缚和影响，其美观性较无线系统差，不利于家居的后续装