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基于ZigBee的无线温度传感器网络设计

发布时间:2023-02-16 16:25:11

㈠ 无线传感器网络研究什么,和ZigBee什么关系关于无线传感器网络,有研究路由算发,研究拓朴控制的

无线传感器网络是指的基于无线传输的方式组成的网络,那么能够实现无线传输的方式就有多种包括:zigbee、WiFi等方式。其中zigbee是在无线传感器网络中选用最多的,其最大的特点是功耗低、传输距离较远、安全性较高(128bit加密)。
CC2530只是能够实现zigbee传输的一个芯片,它是TI(德州仪器)的一种芯片。其他芯片公司也有基于zigbee的芯片,比如freescale等。
目前网络上基于zigbee的无线传感器使用的较多的方案是TI的CC2530\CC2430等芯片。芯片只是研究无线传感器的一个载体。

㈡ 无线传感器在网络中的应用设计

下面是由整理的毕业设计论文《无线传感器在网络中的应用设计》,欢迎阅读。

1引言

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信形成一个多跳自组织网络系统,能够实时监测、感知和采集网络分布区域内监视对象的各种信息,并加以处理,完成数据采集和监测任务。WSNs综合了传感器、嵌入式计算、无线通讯、分布式信息处理等技术,具有快速构建、自配置、自调整拓扑、多跳路由、高密度、节点数可变、无统一地址、无线通信等特点,特别适用于大范围、偏远距离、危险环境等条件下的实时信息监测,可以广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域。

2节点的总体设计和器件选型

2.1节点的总体设计

WSNs微型节点应用数量比较大,更换和维护比较困难,要求其节点成本低廉和工作时间尽可能长;功能上要求WSNs中不应该存在专门的路由器节点,每个节点既是终端节点,又是路由器节点。节点间采用移动自组织网络联系起来,并采用多跳的路由机制进行通信。因此,在单个节点上,一方面硬件必须低能耗,采用无线传输方式;另一方面软件必须支持多跳的路由协议。基于这些基本思想,设计了以高档8位AVR单片机ATmega128L为核心,结合外围传感器和2.4 GHz无线收发模块CC2420的WSNs微型节点。这两款器件的体积非常小,加上外围电路,其整体体积也很小,非常适合用作WSNs节点的元件。

图1给出WSNs微型节点结构。它由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电源管理单元4部分组成。数据采集单元负责监测区域内信息的采集和数据转换,设计中包括了可燃性气体传感器和湿度传感器;数据处理单元负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等;数据传输单元负责与其他节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;电源管理单元选通所用到的传感器,节点电源由几节AA电池组成,实际工业应用中采用微型纽扣电池,以进一步减小体积。为了调试方便及可扩展性,可将数据采集单元独立出来,做成两块能相互套接的可扩展主板。

2.2处理器选型

处理器的选型要求和指标是功耗低,保证长时间不更换电源也能顺利工作,供给电压小于5 V,有较快的处理速度和能力,由于节点是需要大量安置的,所以价格也要相对便宜。选用AVR单片机,考虑到电路中I/O的个数不多,功耗低、成本低、适合与无线器件接口配合等多方面因素,综合对比后,选用Atmel公司的ATmega128L。该微型控制器拥有丰富的片上资源,包括4个定时器、4 KB SRAM、128KB Flash和4 KBEEPROM;拥有UART、SPI、I2C、JTAG接口,方便无线器件和传感器的接入;有6种电源节能模式,方便低功耗设计。

2.3无线通信器件选型 CC2420是一款符合ZigBee技术的高集成度工业用射频收发器,其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范,工作于2.4 GHz频段。该器件只需极少外部元件,即可确保短距离通信的有效性和可靠性。数据传输单元模块支持数据传输率高达250 Kb/s,即可实现多点对多点的快速组网,系统体积小、成本低、功耗小,适于电池长期供电,具有硬件加密、安全可靠、组网灵活、抗毁性强等特点。

2.4传感器选型

由于WSNs是用于矿下安全监测,常要检测矿下可燃气体的浓度(预防瓦斯气体浓度过高)和空气湿度,所以要选择测量气体浓度和湿度的传感器。

2.4.1 HIH-4000系列测湿传感器

HIH-4000系列测湿传感器作为一个低成本、可软焊的单个直插式组件(SIP)能提供仪表测量质量的相对湿度(RH)传感性能。RH传感器可用在二引线间有间距的配量中,它是一个热固塑料型电容传感元件,其内部具有信号处理功能。传感器的多层结构对应用环境的不利因素,诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最佳的抗力,因此可认定它能适用矿下环境。

2.4.2 MR511热线型半导体气敏元件

MR511型气敏元件利用气体吸附在金属氧化物半导体表面而产生热传导变化及电传导变化的原理,由白金线圈电阻值变化测定气体浓度。MR511由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂,遇可燃性气体时,检测元件的电阻减小,桥路输出电压变化,该电压变化随气体浓度的增大而成比例增大,补偿元件具有温度补偿作用。MR511除具有灵敏度高、响应恢复时间短、稳定性好特点外,还具有功耗小,抗环境温湿度干扰能力强的优点。WSNs的节能和井下恶劣温湿环境要求MR5111可以满足。

3 WSNs节点设计

3.1数据采集单元

考虑到无线传感器网络节点的节能和井下恶劣的温湿环境,为了便于数据采集,系统设计采用HIH-4000-01型测湿度传感器和MR511热线型半导体气体传感器。图2、图3分别给出其电路设计图。

3.2数据处理单元

ATmega128L的外围电路设计简单,设计时注意在数字电路的电源并人多只电容滤波。ATmega128L的工作时钟源可以选取外部晶振、外部RC振荡器、内部RC振荡器、外部时钟源等方式。工作时钟源的选择通过ATmega128L的内部熔丝位来设计。熔丝位可以通过JTAG编程、ISP编程等方式设置。ATmega128L采用7.3728 MHz和32.768 kHz两个外部晶振。前者用作工作时钟,后者用作实时时钟源。

3.3数据传输单元

3.3.1 CC2420外围电路设计

图4给出数据传输单元的外围电路。CC2420只需要极少的外围元器件。其外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和微控制器接口电路3部分。

射频输入/输出匹配电路主要用来匹配器件的输入输出阻抗,使其输入输出阻抗为50 Ω,同时为器件内部的PA及LNA提供直流偏置。射频输入/输出是高阻抗,有差别。射频端最适合的负载是115+j180 Ω。C61、C62、C71、C81、L61组成不平衡变压器,L62和L81匹配射频输入输出到50 Ω;L61和L62同时提供功率放大器和低噪声放大器的直流偏置。内部的T/R开关是为了切换低噪声放大器/功率放大器。R451偏置电阻是电流基准发生器的精密电阻。CC2420本振信号既可由外部有源晶体提供,也可由内部电路提供。若由内部电路提供时,需外加晶体振荡器和两只负载电容,电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。设计采用16 MHz晶振时,其电容值约为22 pF。C381和C391是外部晶体振荡器的负载电容。片上电压调节器提供所有内部1.8 V电源的供应。C42是电压调节器的负载电容,用于稳定调节器。为得到最佳性能必须使用电源去耦。在应用中使用大小合适的去耦电容和功率滤波器是非常重要的。CC2420可以通过4线SPI总线(SI、SO、SCLK、CSn)设置器件的工作模式,并实现读,写缓存数据,读/写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP引脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。

3.3.2配置IEEE 802.15.4工作模式

CC2420为IEEE 802.15.4的数据帧格式提供硬件支持。其MAC层的帧格式为:头帧+数据帧+校验帧;PHY层的帧格式为:同步帧+PHY头帧+MAC帧,帧头序列的长度可通过设置寄存器改变,采用16位CRC校验来提高数据传输的可靠性。发送或接收的数据帧被送入RAM中的128字节缓存区进行相应的帧打包和拆包操作。表1给出CC2420的四线串行SPI接口引脚功能。它是设计单片机电路的依据,充分发挥这些功能是设计无线通信产品的前提。

3.3.3 CC2420与单片机接口电路设计

图5给出CC2420与ATmega128L单片机的接口电路。CC2420通过简单的四线(SI、SO、SCLK、CSn)与SPI兼容串行接口配置,这时CC2420是受控的。ATmega128L的SPI接口工作在主机模式,它是SPI数据传输的控制方;CC2420设为从机工作方式。当ATmega128L的SPI接口设为主机工作方式时,其硬件电路不会自动控制SS引脚。因此,在SH通信时,应在SPI接口初始化,它是由程序控制SS,将其拉为低电平,此后,当把数据写入主机的SPI数据寄存器后,主机接口将自动启动时钟发生器,在硬件电路的控制下,移位传送,通过MOSI将数据移出ATmega128L,并同时从CC2420由MISO移人数据,8位数据全部移出时,两个寄存器就实现了一次数据交换。

4结语

通过对于无线传感器网络节点中传感器元件、数据处理模块、数据传输模块和电源的选择,设计了一种以CC2420和ATmega128L为主体的硬件方案。利用该方案设计的CC2420和ATmega128L的外围电路以及两者之间的接口电路。此外,还对传感器与单片机的接口电路进行设计。通过实验验证,设计的硬件节点基本上达到了项目要求,经调试能通过传感器正确真实地采集数据,并实现两个无线节点(两个电路板。AA电池供电)在30 m左右的通信、传输数据、并反映到终端设备。

如何实现通过wifi设置节点参数

设置无线路由器网默认网关的方法如下:1、第一步,在获知这个路由器的默认网关为192.168.1.1之后2、第二步,打开设置——网络——更改适配器选项,然后在以太网连接的端口图标上点击右键

㈣ 无线传感器网络可能采用哪些无线通信方式

基于XL.SN智能传感网络的无线传感器数据采集传输系统,可以实现对温度,压力,气体,温湿度,液位,流量,光照,降雨量,振动,转速等数据参数的实时采集,无线传输,无线监控与预警。在实际应用中,无线传感器数据采集传输系统常见的包括深圳信立科技农业物联网智能大棚环境监控系统,智慧养殖环境监控系统,智慧管网管沟监控系统,仓储馆藏环境监控系统,机房实验室环境监控系统,危险品仓库环境监控系统,大气环境监控系统,智能制造运行过程监控系统,能源管理系统,电力监控系统等。
无线传感器数据采集传输系统,比较常用的的无线数据传输组网技术包括433MHZ,Zigbee(2.4G),运营商网络(GPRS)等三种方式,其中433MHZ,Zigbee(2.4G)属于近距离无线通讯技术,并且都使用ISM免执照频段。运营商网络(GPRS)属于远距离无线通讯技术,按数据流量收费。
1、基于Zigbee(2.4G)的智能传感网络
ZigBee的特点是低功耗、高可靠性、强抗干扰性,布网容易,通过无线中继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍,因此从小空间到大空间、从简单空间环境到复杂空间环境的场合都可以使用。但相比于WiFi技术,Zigbee是定位于低传输速率的应用,因此Zigbee显然不适合于高速上网、大文件下载等场合。对于餐饮行业的无线点餐应用,由于其数据传输量一般来说都不是很大,因此Zigbee技术是非常适合该应用的。

2、基于433MHz的智能传感网络
433MHz技术使用433MHz无线频段,因此相比于WiFi和Zigbee,433MHz的显着优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也是很明显的,就是其数据传输速率只有9600bps,远远小于WiFi和Zigbee的数据速率,因此433Mhz技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。从通讯可靠性的角度来讲,433Mhz技术和WiFi一样,只支持星型网络的拓扑结构,通过多基站的方式实现网络覆盖空间的扩展,因此其无线通讯的可靠性和稳定性也逊于Zigbee技术。另外,不同于Zigbee和WiFi技术中所采用的加密功能,433Mhz网络中一般采用数据透明传输协议,因此其网络安全可靠性也是较差的。

3、基于运营商的智能传感网络
GPRS无线传输设备主要针对工业级应用,是一款内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem,采用GSM/GPRS网络为传输媒介,是一款基于移动GSM短消息平台和GPRS数据业务的工业级通讯终端。它利用GSM 移动通信网络的短信息和GPRS业务为用户搭建了一个超远距离的数据传输平台。
标准工业规格设计,提供RS232标准接口,直接与用户设备连接,实现中英文短信功能,彩信功能,GPRS数据传输功能。具有完备的电源管理系统,标准的串行数据接口。外观小巧,软件接口简单易用。可广泛应用于工业短信收发、GPRS实时数据传输等诸多工业与民用领域。

㈤ 基于zigbee的无线传感器网络的组成结构是怎样的

无线传感器网络(WSN,WirelessSensorNetwork)采用微小型的传感器节点获取信息,节点之间具有自动组网和协同工作能力,网络内部采用无线通信方式,采集和处理网络中的信息,发送给观察者。目前WSN使用的无线通讯技术过于复杂,非常耗电,成本很高。而ZigBee是一种短距离、低成本、低功耗、低复杂度的无线网络技术,在无线传感器网络应用领域极具发展潜力。

㈥ 题目标题 zigbee无线传感器网络节点设计与制作

这么简单

㈦ 基于ZigBee的无线传感网络构架是什么

看样子,你比较晕,mesh网,也就是网状网(可以想象为渔网),理论上,可以支持任何形状拓扑结构。至于传感器节点、汇聚节点都是节点,节点是构成网络的物理设备,网络结构是由通信决定的。
A、B、C、D四个节点:
如果A是主节点,只有A与B、B与C、B与D三条通信线路,这样的网络就叫做TREE拓扑;
如果A为主节点,只有A分别与B、C、D形成三条通信线路,那么就叫做STAR拓扑;
如果没有主节点,A、B、C、D四个节点任意两点都能够进行通讯(共6条通信线路),那么这就叫做MESH网络。
zigbee网络通过USB、RS232等可以接入互联网,那只是zigbee网络的应用。
互联网的架构有没有包括你我这样的用户?zigbee和互联网是一样的,就是一个无线局域网。

㈧ 毕业设计-基于zigBee无线网络的温度测量系统设计

26个,你选择一下,我帮你下一两篇做参考啦
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㈨ 基于ZIGBEE无线温度采集系统的设计

我本科的毕业设计也是做ZigBee的,实现一个果园环境监控系统。我讲讲我做这个毕业设计的基本思路和学习方向,希望对题主有帮助。
1、硬件
对ZigBee协议有基本了解的都知道,它只是一种协议,类似于TCP/IP协议,很多嵌入式平台(如ARM、Linux等)都可以实现。比较主流的用于构建ZigBee拓扑网络的嵌入式平台是CC2530/2430系列单片机,它们是TI公司专门设计用于搭建ZigBee网络的芯片,内置强大的ZigBee协议栈支持。CC2530/2430基于C51开发的,所以片上资源和接口和C51/C52系列单片机类似,学懂了51单片机,学这个也很简单了。
所以要搭建ZigBee网络,首先要搞懂CC2530/2430的硬件资源(只做APP层基本可以不用深入理解指令集)。从最小系统入手,电源电路、晶振电路、复位电路等,以及一些嵌入式基本通信协议,如iic、spi、RS232/485等,还有AD/DA模块,这个用于温度传感器(模拟的)数据采集。
2、软件
ZigBee协议栈的底层都是TI公司已经设计好了的,自组网、网络拓扑、路由、发送/接收数据包等,这些网络操作都封装好并提供给用户编程接口,直接在APP层调用就行,若只做简单开发无需深入了解物理层和链路层,只要通过开发文档把这些需要用到的编程接口弄明白(类似于C语言的封装库,只管调用,不管实现)。
还有就是传感器编程(如题中所述的温度传感器),这种传感器市面上太常见了,基本都是通过iic或者其他通信协议直接读数字信号,连数模转换都不需要,源代码网上都一搜一大堆,直接拿过来用就行,稍微调一下接口和时序什么的。
3、网络拓扑
由于底层自组网的特性,我们只要简单地了解组网、路由、鉴权、发/收包等基本内容(应付答辩啊),因为底层的封装实现……你想看都看不到,只能通过官方文档大概知道它是怎么处理的。除了APP层,其他的交给协议栈来做吧。

㈩ 基于TrueTime的智能家居系统仿真后,如何实现dos攻击

随着计算机技术、网络技术以及通信技术的高速发展,智能家居成为近几年的一个研究热点,人们对智能家居的智能化要求也越来越高。在现有的智能家居产品中,家居网络大多是有线的,随着电子产品、传感器数量的增加,有线网络体现出了其不足:布线麻烦;终端节点数量多,需要数量多的电缆;增加或者删减网络中的节点不方便等。无线通信技术的发展能很好地解决以上缺点。因此,智能家居的内部网络系统的研究重心也从有线网络转为无线网络 。
针对智能家居环境监测系统对环境参数(如温度、亮度、湿度等)数据的传输速率要求不是很高,而对设备的功耗要求却较高的情况,本文设计了一种ZigBeel 智能家居无线传感器网络。但是,由于实验室条件以及其他客观因素的限制,设计的节点数目有限,只能做简单的组网和数据传输测试。为了测试所设计的节点在节点数目较多的网络中的运行情况,因此,利用MAT—LAB 7.0的TrueTime工具箱对所设计的ZigBe无线传感器网络进行了仿真。
1 ZigBee无线传感器网络
1.1 ZigBee节点
ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据该协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低功耗、低数据速率、低成本,可以嵌入各种设备。
根据不同的应用,无线传感器节点的组成也不相同,但是一般都由数据采集、数据收发、数据处理和电源4部分构成,如图1所示。
温度、亮度、湿度等传感器将采集到的环境数据经MSP430微控制器处理后,通过CC2480无线射频收发器发送到其他节点或者系统主控制器。
MSP430单片机最大的特点是超低功耗,工作电压为1.8~3.6 V,待机电流<1 IxA,通过控制位可以设定1种活动模式和5种低功耗模式,同时内部集成有丰富的片内外设。根据不同的应用场合采用不同型号,主要是根据应用程序选择芯片RAM和Flash存储单元的大小。
无线数据收发模块采用TI公司的CC2480无线射频芯片。CC2480是首款经ZigBee认证的新Z—Accel系列网络处理器产品,它能够简化设计,缩短上市时间。当配置为终端设备时,自动转换到低功耗模式(<0.5 A),具有SPI或UART两种通信模式和l0个函数调用的Sim—pleAPI,简化了开发过程。
在该设计的节点中,MSP430主控制器和CC2480采用UART通信方式,软件设计上以嵌入式实时操作系统~C/OS—II为软件设计平台。设计应用程序时,节点之间通信采用符合ZigBee2006协议栈标准的Z-Stack协议栈。超低功耗处理器和超低功耗无线收发模块的结合,使节点的功耗得到了极大的降低。
1.2 无线传感器网络功能
整个无线传感器网络由温度、亮度、湿度等传感器子节点构成,不同子节点采集不同的环境数据,将采集到的数据通过无线收发模块发送到主控制器或其他节点。主控制器根据接收到的数据,结合控制策略,发出控制指令,通过无线收发传输到终端控制器。如某个房间检测到温度是A1,通过无线传感器网络传输到主控制器,而控制策略的期望值是A2,于是主控制器发出调节空调温度的指令至终端控制器。无线传感器网络主要完成数据采集、处理以及传输等功能。
由于实验室条件和其他客观条件的限制,共设计了4个传感器节点进行温度检测、数据传输交换以及简单的自动组网等试验。
由于篇幅的限制,这里就不再详细介绍。本文的侧重点是在MATLAB 7.0的TrueTime工具箱中对设计的网络节点进行仿真,根据实际节点的参数验证所设计的网络节点在构建大网络的情况下的网络性能。
2 无线传感器网络仿真
TrueTime工具箱是一种基于MATLAB的实时控制与网络控制仿真工具箱,包括4个模块:实时内核模块、网络通信模块、电池模块和无线网络模块。无线网络模块中,目前的TrueTime1.5版本中支持两种协议:IEEE 802.11 b/g(WEAN)和IEEE 802.15.4(ZigBee)。
本文设计的ZigBee传感器网络节点之间的通信采用符合ZigBee 2006协议栈规范的Z—Stack协议栈。ZigBee 2006协议栈的物理层(PHY)和媒体接入层(MAC)协议为IEEE 802.15.4协议标准,网络层由ZigBee技术联盟制定,应用层的开发根据用户自己的应用需要对其开发利用。
TrueTime工具箱中的无线模块的IEEE 802.15.4(ZigBee)协议主要是物理层(PHY)和媒体接入层(MAC),ZigBee 2006协议栈的网络层路由是基于Ad Hoc按需矢量路径协议AODV(Ad hocOn demand Distance Vector),支持在环境中移动、连接失败和包丢失的环境应用。
2.1 仿真模型构建
利用TrueTime工具箱的模块,结合MAT.LAB/Simulink仿真环境,构建具有20个传感器节点的仿真模型。传感器节点主要是以True—Time Kernel模块为核心,节点与节点的数据传输通过TrueTime Wireless Network无线模块。无线模块中的协议选择IEEE 802.15.4(ZigBee)协议,结合设计的节点参数,对网络的参数进行设置。模块中的IEEE 802.15.4(ZigBee)协议只是包含了物理层(PHY)和MAC层协议,而所设计节点是运行在Z.Stack协议之上的。因此,根据ZigBee 2006协议栈规范,在仿真节点上必须添加AODV路由协议。
2.2 初始化与参数设置
初始化主要包括两个方面的初始化:一是仿真场景的初始化;二是节点的初始化。场景初始化主要包括节点个数、位置初始化、路由表初始化、AODV参数初始化(如Hello信息的生存时间等参数的初始化)。初始化文件以M文件形式存在,模块属性中的initialization function中调用该初始化文件。在仿真过程中,通过修改文件中的参数,可以设置不同的仿真场景条件。
节点的初始化文件也以M文件形式存在,在TrueTime Kernel模块中调用节点初始化文件。初始化主要是以创建任务为主进行初始化,由TrueTime工具箱提供的各种不同函数初始化内核模和网络模块,创建仿真所需要的任务。
参数设置主要是根据采用的CC248无线收发芯片的参数对无线网络模块的参数进行设置。
……
开始,0.0002s时,节点1要发送数据到节点10,没有路由路径存在,于是开始查找、发现路由。如图4(a)所示,在0.0l1 884 S时,建立了一条新的路由路径:l—l2—1O。在该路径一直保持的时间内,数据都是经过节点12发送到节点10上。
在仿真过程中,让节点l2缓慢移动,移动到一定的位置范围时,会与节点1失去连接,于是路径就被破坏了,数据就先暂时存储在缓冲区中,寻找新的路径。在8.507 4 S时新的路径建立后,数据路径l—3一l2一l0发送到节点10。在8.514 1 S时,又寻找到一条跳数更少的路径,于是数据就经1—13—10发送到节点10。
从仿真结果可以看出,所设计的ZigBee无线传感器网络在节点较多的情况下,能够实现路由发现、路由维护以及路由路径重组等。经仿真证明,所设计的网络节点可以在较大的网络环境中运行。
3 结 语
本文利用MATLAB 7.0的TrueTime工具箱对所设计的智能家居的ZigBee无线传感器网络进行了仿真验证,验证所设计的无线ZigBee网络节点在节点较多的情况下能够实现路由建立、路由保持、数据发送以及路由重新创建等。仿真试验结果表明,网络运行稳定。
随着智能家居系统智能化的不断提高,传感器数量会越来越多,无线传感器网络在智能家居中的地位会越来越重。
ZigBee无线网络具有低功耗、组网方便等优点,相信今后在智能家居的家庭网络中,ZigBee无线传感器网络会逐渐取代有线网络。

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