基于ZigBee的数据采集系统

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1、基于ZigBee的数据采集系统摘要：鉴于ZigBee技术适合用于数据采集系统的的特点，提出了基于ZigBee的数据采集系统的设计方案，着重探讨ZigBee节点的硬件设计及其组网设计.并详细讨论了基于xbee模块的数据采集节点的硬件设计方案，组网设计中的协调器建立网络、节点加入及脱离网络的设计方法，以及数据采集系统的软件设计方法.最后通过搭建温度采集ZigBee网络的实验，证明新方案能取得良好的通信效果.关键词：ZigBee;数据采集；无线传感器网络；单片机。ZigBee是一种近距离、低功耗、低速率、低商以及服务供应商等在内

2、的一条完整的产业链•成本的无线传感器网络，已经在许多领域得到了在其他无线通信技术不断追求高速率、远距离的同越来越多的应用，如温度、湿度、气体浓度、亮度、吋，ZigBee却向着低速率、近距离的方向迈进，其压力等各种各样小数据量信息的釆集，及传输可目的就是为了大幅降低无线终端的成本和功耗.以釆用这种低功耗、低传输速率的无线传感器网络.在这些应用场合中，ZigBee网络与现有的各种无线1硬件设计网络相比，有着独特的优势，即低功耗、低速率、低成本.由于ZigBee设备工作时间较短，收发信数据采集节点主要由传感模块、数据处理存储息功

3、耗较低且采用休眠模式，使得它非常省电，电模块、无线通信模块等几部分组成；池可使用长达6个月至2年左右.ZigBeel作在冃前生产ZigBee芯片的厂商主要有美国的250kbps的通信速率，足已满足低速率通信传输的Chipcon.Frccscalc＞英国的Jennie等公司・笔者选需要，且2.4GHz的工作频段是免费频段.用的是Digi公司的xbee模块。ZigBee联盟成立于2001年，在其创始之初，加公司早期的xbee模块、Freescale的MC13213入该联盟的有英国Invensys＞日本三菱电气、美国芯片及Jen

4、nie的JN5121芯片等其他同类产品相比，摩托罗拉以及荷兰飞利浦等30多家企业•如今，它具备了集成度高、功耗低、功能强等优点，同时已有越來越多的国内外企业致力于ZigBee的研究也具有与ZigBee/802.15.4全兼容的硬件层、物理与开发，包含芯片制造商、软件开发者、终端制造层,并在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器及射频收发器；2节5号电池可以使用半年到2年时间，特别适合要求电池寿命长的应用；可编程的I/O口可连接多个传感器；内带8路A/D转换器，转换位数8位至14位可选，可以将传感器送来的模拟信

5、号转换为数字信号；包含增强型8051内核，其每个时钟周期为1个机器周期，并具有除去被浪费掉的总线状态的方式，使得它比标准8051内核具有更快的执行时间，且还增加了1个数据指针和扩展18个中断数据采集节点硬件设计如图1所示•该芯片外接32MHz的晶振和多路电源，根据实际应用需要连接相应的传感器进行数据采集、A/D转换、数据处理，并将得到的数据经阻抗匹配网络进行处理，最终通过天线发送出去.无线收发电路如需得到好的射频性能，供电电源必须经过良好的滤波，并且与数字电路分开；在射频信号输出部分通过阻抗匹配网络，实现阻抗匹配，使到达天

6、线的信号最强；还需要防止高频信号泄漏，避免对发射信号造成较大的十扰.数据的收发情况以及节点和网络的连接、脱离情况可以通过串行口或LCD进行观察.以上所述的基于xbee的数据采集节点的硬件设计方法具有电路简单、信号稳定、成本低的特点.图1硬件设计简化框图天线ZigBee协调器应用层ZigBe匕协调器网络层ZigBcc协时器MAC层N1ME-NETWOKK・FORMATION.recuestMl.ME-SCAN.requestMLME-SCANxonfirm信道能总检測MLME-SCAN.rcquest选择信道.PANId、网

7、络地址NdLME-SCAN.contlrinMLME-SET.rcquCbt信道扫]苗MLME-START.rcqucsiNIME-NETWORK-FORklAllON.confirmMLMF.-STARr.confirm图2协调器建立新网络的流程图2、组网设计2.1协调器建立网络当FFD设备(FullFunctionDevice)在第1次被激活后，首先搜索其通信范围内已存在的网络，如果找到相应网络，则通过一系列对话后，该设备就可成为[2]此网络中的普通设备・否则，这个FFD设备就将自己作为协调器来建立网络.而对话在协议栈

8、的层与层之间通过服务原语来进行，原语对话过程如图2所小.协调器应用层生成的NIME-NETWORK-FORMATION,request原语发送给网络层请求建立网络，网络层再通过MLME-SCAN,request原语向MAC层请求检测信道能量及扫描信道，收到确认后，为新网络设置1个PANId(网络号)，通