物联网技术与应用课程结课论文

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1、物联网技术与应用课程结课论文单位（学院）：学生姓名：专业：学号：指导教师：设计时间：年月物联网技术与应用课程结课论文题目：基于ZigBee的无线火灾探测器网络设计摘要本文以学生所在实验室目前所做的项目基于ZigBee的无线火灾探测器网络设计为基础，给出了一种基于ZigBee的无线火灾探测器网络的实现方案。从硬件和软件两个方面讨论了系统的设计方案。硬件设计部分说明了硬件模块的原理和实现方案，并对射频PCB板的设计要点进行了讨论。软件方面对ZigBee协议栈和集成开发环境进行了介绍，并设计了用于火灾探测的ZigBee设备协定（Profile）。另外软件方面还讨论了Zi

2、gBee协议栈所使用的基于OSAL的多任务操作系统，及其软件设计。是物联网发展环节中一个比较典型的应用。关键词：ZigBee，火灾探测，射频PCB，单片机，无线传感器网络前言目前，有线火灾自动报警系统在技术上已经相当成熟。他们主要采用两条或多条的铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管后与控制器相接。但是由于采用了有线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、鼠咬、磨损，系统耗材多、造价高、功耗大、扩展能力差、设计、施工与维护复杂。解决这些问题的最佳方法就是取消硬线连接，使用可以即插即用的无线系统。事实上除了解决以上提到问题以外，在临时建筑、复杂结构建筑、文物保护单位、展览馆、高级写字楼，

3、大空间建筑等许多不便于消防系统布线的场所，也一直存在着对无线火灾探测系统的迫切需求。可惜长久以来无线系统一直背负着价格昂贵、电池续航能力不足、连接不稳定等恶名。不过近年来，随着无线通信、微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）等技术的日益成熟和完善，我们已经有能力制造出价格合理、续航能力强、连接稳定，即插即用的无线火灾自动报警系统。综合上述的分析，市场对于无线的火灾探测系统一直存在着需求，而且随着经济的发展，这种需求日益强烈。因此我们有必要开发一套无线火灾探测器系统。对于系统采用什么样的无线通信协议问题。ZigBee作为一

4、种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信协议，是非常理想的选择。而近年来各国学术界在无线传感器理论研究和实践中所积累的理论和经验，为我们搭建基于ZigBee的无线火灾探测器网络提供了重要的技术支撑。一、ZigBee技术和协议规范1.1ZigBee技术的产生和特点ZigBee技术是一种面向自动化和无线控制的低速率、低功耗、价格便宜的无线网络方案。ZigBee的的通信速率要求低于蓝牙，由电池供电设备提供无线通信功能，并希望在更换电池并且不充电的情况下正常工作几个月甚至几年。ZigBee支持mesh型网络拓扑结构，网络规模可以比蓝牙设备大的多。ZigBee无线设备工作在公共

5、频段上（全球2.4GHz，美国915MHz，欧洲868MHz），传输距离为10~75米，具体数值取决于射频环境以及特定应用条件下的输出功耗。ZigBee的通信速率在2.4GHz时为250kps，在915MHz时为40kps，在868MHz时为20kps。如前所述ZigBee设备具：低功耗，高可靠性，低成本，低时延，网络容量大，以及高安全性等优秀特点。和其他无线通信协议相比，ZigBee在工业控制领域具有无可比拟的优势。他在带宽、传输距离、功耗以及成本之间取得了比较好的平衡。因此我们选用ZigBee作为无线火灾探测器网络的无线通信协议。1.2ZigBee协议规范完整

6、的ZigBee协议栈自上而下由应用层、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，如图2.1所示。图2.1ZigBee协议栈组成应用层定义了各种类型的应用业务，是协议栈的最上层用户。应用汇聚层负责把不同的应用映射到ZigBee网络层上，包括安全与鉴权、多个业务数据流的汇聚、设备发现和业务发现。网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。数据链路层又可分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。IEEE802.15.4的LLC子层与IEEE802.2的相同，其功能包括传输可靠性保障、数据包的分段与重组、数据包的顺序传输。IEEE802.

7、15.4MAC子层通过SSCS（Service-SpecificConvergenceSublayer）协议能支持多种LLC标准，其功能包括设备间无线链路的建立、维护和拆除，确认模式的帧传送与接收，信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理。物理层采用DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列扩频）技术，定义了3种流量等级：当频率采用2.4GHz时，使用16信道，能够提供250kbit／s的传输速率；当采用915MHz时，使用10信道，能够提供40kbit／s的传输速率；当采用868MHz时，使用单信道，能够提供20kbit

8、／s的传输