基于ZigBee协议无线传感器网络的设计与实现

• 作 者: 王岩
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 普适计算 无线传感器网络 低功耗 射频通信 ZigBee协议栈

作为21世纪的计算模式,普适计算将对人们的生活产生深远的影响。普适计算是指在各种环境中,利用微型嵌入式计算设备采集处理各种相关信息,然后利用各种通信技术手段同其它异构的设备实现各种事务互联和数据交互,在无论何时何地都可以向人们提供需要的信息。无线传感器网络作为普适计算的一种具体技术已经在军事侦察、自然环境监测等户外环境的应用中获得成功。本文首先分析总结了无线传感器网络的体系结构,特别对传感器网络的核心关键技术进行分类总结。根据现有的无线局域网通信协议进行比较,针对传感器网络这个特殊的背景选取了具有多种优势的ZigBee通信协议,对ZigBee协议通信模型细节进行研究。其次,完成了基于ZigBee的无线传感器网络硬件电路设计,其中包括基于超低功耗MCU最小系统的核心控制模块、无线射频收发模块、以及一种能够通过USB-COM端口对传感器节点进行接口供电、编程和通信的多功能模块,进一步简化了外部接口。再次,在软件方面设计了数据采集与处理子程序、EEPROM读写子程序、射频模块功能API函数程序、以及符合IEEE 802.15.4协议的无线收发子程序。在通信协议方面,设计了符合IEEE 802.15.4/ZigBee协议标准的物理层、MAC层、网络层的帧结构和数据传输模型以及物理层、数据链路层(MAC)、网络层的核心算法,并编写了相关的通信协议API函数集。为应用层的软件设计打下基础。最后,在一个星形ZigBee网络实验平台上进行了各种测试,得到比较满意的效果。