摘 要

随着现在无线技术的发展，无线数据传输技术在很多领域都得到了广泛的应用。由于其传输的特性在数据传输方面有很大的优势，相比较有线数据传输它具有携带方便，无须布线的优势，特别适用于机动性强，难以布线的区域。ZigBee作为短距离数据传输协议中的佼佼者，是目前世界上的一种高效的短距离传输协议。ZigBee技术当今也在不断的改进和完善，更好的适应这个飞速发展的时代。

本文利用TI公司的CC2530芯片作为硬件基础，构建一个由射频模块和传感器模块组成的终端模块，用于实现数据的采集和传输。在软件方面，分析了ZigBee技术中的Z-stack协议栈的工作模式，设计了系统组网的方式，主要探讨自组网的组建和终端模块到协调器之间数据通道的建立。系统使用星型和树型结构分别进行组网。通过使用鼎轩WSN物联网试验箱对组网系统进行验证。

最终结果表明，各个节点采集到的数据能够通过建立的数据通路传输至协调器，该设计方案能够成功组网，满足设计要求。

关键字：无线、数据传输、ZigBee、CC2530

Abstract

With the development of communication technology, wireless data transmission technology has been widely used in many fields. As a result of its transmission characteristics have a great advantage in the aspect of data transmission, Compared to cable transmission, it is easy to carry, no cable transmission base advantage, especially suitable for the maneuverability is strong, difficult area to wiring. As a leader in the short distance data transmission protocol, ZigBee is an efficient short-distance transmission protocol based on IEEE802.15.4 standard in the world. ZigBee technology is constantly improving and improving, adapting to this era of rapid development.

This paper uses the CC2530 chip of TI company as the hardware foundation to build a terminal module composed of RF module and sensor module for data acquisition and transmission. In terms of software, the working mode of z-stack protocol stack in ZigBee technology was analyzed, and the way of system networking was designed. The construction of self-organizing network and the establishment of data channel between terminal modules were mainly discussed. The system uses star and tree structures to build networks. The network system was verified by using dingxuan WSN Internet of things test box.

The final results show that the data collected by each node can be transmitted to the coordinator through the established data channel. This design scheme can successfully set up a network and meet the design requirements.

Keywords: wireless、data transmission、ZigBee、CC2530

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3 论文研究的主要内容 3

第2章 组网方案设计 5

2.1 无线传输协议选择 5

2.2 组网拓扑选择 6

2.3 本章小结 8

第3章 自组网系统设计 9

3.1 终端模块的硬件组成 9

3.2 Z-stack组网的协议栈机制 9

3.3 组网的实现 12

3.3.1组网任务调度机制的实现 12

3.3.2组网任务创建的实现 13

3.3.3 组网规模的设定 15

3.4 组网流程 16

3.5 本章小结 19

第4章 系统调试 20

4.1 星型网组网调试 20

4.2 树型网组网调试 21

4.3 本章小结 26

第5章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致谢 29

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

就目前来说，无线传感技术、通信技术、单片机嵌入式系统以及云计算等技术进入了一个比较完善的阶段，无线传感网络（Wireless Sensor Network）也伴随着产生。无线传感技术不是单一邻域的技术，在各种学科邻域之中交叉融合^[1]。无线传感技术融入了现实生活，提高和改变着现实生活的质量，使用无线传感技术可以说已经变成一种趋势。原有的有线电缆传输技术有很多弊端，如：布线繁琐，电缆线泛滥；安装成本和维护成本高；设备的移动性差；网络的伸缩性差等，因此出于对城市美化以及对环境恶劣的地区的考虑，需要一种性价比高的传输方案来替代有线电缆传输方案。伴随着传感技术、通信技术、网络技术、嵌入式计算机技术和射频技术的快速发展，无线传感技术在一些情况已经能够替代原有的有线电缆传输技术，相比较有线电缆技术，无线传感技术有很多优点：移动性强；可扩展性强；无须繁琐的布线，安装成本和维护成本低等。无线传感技术作为终端之间数据通信的技术，在现实中已经成为一个非常重要的部分。

无线传感器网络是由很多个节点通过一定的传输协议连接组成的一种网络，节点可以在很多环境下部署，并且节点与节点之间相连还可以将这个网络覆盖面积扩大至所需要的范围，在这样的网络条件下，传感器可以发挥其完整的功能，对网络范围内的环境或者是某一对象进行监测并采集所需要的数据信息，最终，采集到的信息会通过点对点的方式传输到用户端，从而实现自然环境与计算机以及人类社会的联通；并且能够在任何时间任何地点任何环境条件下都能够获得可靠的信息。2003年无线传感网被美国《技术评论》杂志评选为对人类未来生活产生深远影响的新兴技术之一^[2]。在无线传感技术的快速发展下，无线传感网络已经成为物联网技术发展的关键核心部分，并且为其提供了强大的动力。在各种短距离无线传输协议（如:IrDA、Bluetooth、Wifi、ZigBee）中，ZigBee技术因其低功耗^[3]、低成本、协议复杂度低、安全可靠、网络容量大、方便部署等优点，在该领域备受青睐。也正是因为这些优点使ZigBee协议成为了无线传感网络的首选解决方案，并且在其他多个领域内得到了成功应用。

随着无线网络技术的完善和发展，无线传感器网络技术进入了现代化的发展阶段，根据需求可以在不同的地方安装各种传感器并创建一个自组网，相比于常规的有线通信网络而言，自组网最大的优点就是可以在任何时刻、任何地点不需要现有的基础网络设施的支持，通过多个节点快速构建起一个无线的移动网络，并且终端节点可以以任意方式在该网络中移动，通过网络中的各个节点这样就可以大面积的实时监测所需要的数据信息。

现在是信息快速发展的时代，用ZigBee协议设计无线传感器网路占据了较大的市场，每个自组网络的区别就在于设计系统的结构和安全性能的不同，这也是无线传感器网络需要不断完善和发展的原因^[4]。本次课题选用ZigBee协议，搭建完整和安全的数据通道，使终端节点和协调器之间实现数据交流，满足不同情况下的数据传输。

1.2 国内外研究现状

无线传感网络的发展历程最早可以追溯至越战期间使用的传统传感器系统。当年美越双方的主战场之一是在密林覆盖的“胡志明小道”，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队运送物资的秘密干线，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个传统的传感器，该传感器是由震动和声响传感器组成的系统。通过飞机进行投放，落地后随机地埋藏在泥土中，只露出伪装后的天线，这些传感器在那期间被称为“热带树”。只要有目标穿过，传感器监测到目标产生的震动和声响信息，就会将信息整合之后发送到战场指挥中心，美军就使用飞机进行对其进行打击，当时对越军造成了严重损失。
　　第二阶段是二十世纪80年代至90年代之间。美军的军方花费大量的精力在传感器相关的研究上，成果之一是一种微型传感器，这种特殊的微型传感器不仅具备感知能力还具备简单的计算能力和通信能力。

第三阶段是二十一世纪开始至今，也就是9·11事件之后。这个阶段的无线传感器网络技术优化了网络传输的过程、节点的能耗等。除了在军方和政府的使用以外，慢慢的开始变得普遍，也运用在医学农业等其他领域。

1.2.1国外研究现状

从上世纪末，总线技术开始应用于传感器网络，不断的优化传感器网络，并使开始尝试通过无线技术连接，无线传感器网络逐渐成型^[5]。很多的发达国家都开始重视无线传感网络技术，花费大量的人力物力进行研究。

早在1995年美国交通部提出“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。该计划尝试将先进的信息处理技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术进行有效的整合，用这样一个多邻域知识的技术建立一个实时高效的交通管理系统，这种新型的系统能有效地发挥无线传感器网络的优点。

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