ZigBee的电子防潮箱设计
本论文首先介绍了ZigBee技术的概念，ZigBee技术的意义以及研究现状；然后说明了怎样使用CC2430的硬件资源及ZigBee的无线组网功能来实现环境湿度的测量及监控系统。最后阐述了系统硬件结构和软件实现流程。该系统实现了无线网络与主机之间的通信、控制、分析、存储和整个无线网络的数据图像在上位机上面的显示，因此软件系统功能变得强大。这使整个系统成本比较低，复杂度低，功能强大，模块化，容易调试。
关键字：CC2430单片机 ZigBee协议 无线湿度传感器 节点 上位机 M000265
First, the definition, significance, research emphases and status of ZigBee technology are introduced in this paper. Then，how to use the ZigBee hardware source and wireless network communication of ZigBee protocol to realize the monitor system of the environmental humidity was introduced. Finally，the system hardware construction and software implementation process were described. Because this system had realized the communication between the wireless network and upper computer, the control, analysis, memory and image display of entire wireless network data were facilitated by upper computer software, thus the software system function became powerful, which enable the overall system at low cost, low complexity, powerful function, modulation and easy debugging.
Key Words: CC2430 single chip; ZigBee protocol; wireless temperature and humidity sensor; node; upper computer
1.引言 查看完整请+Q:351916072获取
在现实生活中，许多东西、许多地方都会需要防潮湿，防氧化。比如档案、重要文档、名贵皮具、相机的保存；粮仓和一些办公区域；收藏品、古董字画的保管；一些贵金属高科技，精密仪器存储等。而防潮则需要实时的对不同点进行温湿度的监测。而随着分布节点的不断增加，传统的有线监测系统就会出现许多弊端，例如布线的复杂度和成本会大大增加，系统的设计、维护也会很不方便。如何解决这些弊端则成为了现如今研究的热门话题。
ZigBee技术是一种新兴的无线网络技术。它以IEEE802.15.4协议为基本。支持小范围之间的以无线通信为基础的低速率数据传输。
本文设计了一种基于ZigBee的电子防潮箱测试系统，对集散节点的温湿度进行采集并实时的传输，在超后进行报警并自动除湿。能有效满足多点测量，移动性和便利性等要求的监测过程，并能有效地解决有线网络带来的布线和电缆的成本问题。应用前景非常广阔。
2.概述
2.1 ZigBee技术的研究现状
ZigBee技术基于IEEE802.15.4-2003标准，是一种新的国际标准短距离无线通信协议。
2002年，近300的机组成员成立了ZigBee联盟，他们可以提供技术产品和解决方案；到了2004年第一款ZigBee芯片诞生，发布了1.0版本规范，2006年和2007年先后发布了1.1版本规范和Pro版本规范[3]。
ZigBee 联盟的主要目标是提供一个更为灵活的，更容易使用的消费性电子产品使用的无线网络。ZigBee技术可应用于不同的市场，在各种电子产品中都可以运用。通过ZigBee这个平台，联盟会员可以设计出简单、可靠、便宜与节能的各种产品。
2.2研究ZigBee技术的目的和意义
防潮、防霉、防氧化、防生锈是现在许多日常工作的重要内容, 会直接缩短存贮物品的使用周期，降低工作的可靠性。而要想日常工作能够顺利进行,加强湿度的监测工作则成为目前最需要解决的问题。
但传统的温湿度监测要么采用手动来进行检测，要么采用有线监测设备进行监测。然而手动监测的方式不仅耗时耗力、效率低,而且测试的结果误差大,随机性大；有线的方式则具有很多的不足之处，比如需要布设许多的线路导致布线麻烦；以及复杂的电路所带来的维护困难等不足之处。在许多的区域无法顺利使用。因此,测控无线化、智能化和信息化管理已成为发展趋势。利用无线通信技术设计的无线温湿度监测系统没有了布设大量且复杂的线路的麻烦,监测环境的不利因素所对系统造成的影响也几乎可以忽略；因为是以无线的方式进行数据的传输，所以温湿度采集的节点不再受位置的影响，可以随意的变动，而且会自动连网。节点耗能低、生命周期长,既方便使用又节约布线成本。本文设计采用无线传感器网络技术进行温湿度的测量和监控。无线传感网络对带宽的要求不高，不需要很高,只需要较低的时延和较低的功耗。低成本、低功耗的ZigBee技术速率低，方便，使用于短距离传输的特点使它在工业领域得到推广。
本设计题目为基于ZigBee的电子防潮箱测试系统设计，设计一种基于单片机和Zigbee模块为基础的湿度传感器检测系统。本设计旨在了解ZigBee网络的工作原理，采用低功耗微控制器、ZigBee模块，设计一个基于ZigBee的湿度监控系统，实现对湿度进行实时监控的需要。
2.3研究思路和技术方法
传统的温湿度监测方式不仅耗时耗力，效率低,而且测试的温湿度误差较大,随机性较大；要么就是具有布设的线路多导致布线麻烦、以及复杂的电路所带来的维护困难等很多缺点,在许多特定的环境下无法区域无法顺利使用。不过，ZigBee技术具有低成本，低功耗和低传输的优势，它适用于基于控制区的小范围短距离无线通信，以满足更多实际应用的需求。所以本设计中将采用ZigBee无线网络技术来实现。在本设计中选用的是CC2430芯片。
首先，查阅大量的资料，分析课题研究实现的功能，把这些功能分成传感器模块、串口模块、按键模块等来一一实现。然后，设计各个模块的电路。最后，连接各个模块，输出信号接至处理器处理并显示。
3.系统概述 查看完整请+Q:351916072获取
3.1 ZigBee技术的介绍
ZigBee的名字来源于蜜蜂舞，跳舞的蜜蜂通过跳ZigBee的形状来交换各种信息，在蜂群里，有着大量蜜蜂，身体细长，需要少量的食物，这是ZigBee技术的主要特点，结构很简单；成本和功耗很低；有不等数量的成员；建网比较灵活[2]。
ZigBee是一种新兴的无线网络技术，传输距离短，速率较低，在此前曾被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用在近距离无线连接；它有自己的无线电标准，可以以很少的能量通过接力的方式在数千个传感器之间实现通信，所以通信效率非常高[2]。
ZigBee技术适用于通信数据量不大，数据传输效率相对较低，分布范围较小，但有一定的数据安全可靠性的要求，而且需求成本和功耗非常低，并易于安装使用的场合；[1]它具有以下几个特点：
1.较灵活的工作频段
根据不同国家的情况，定义了不同的频段：2.4GHz频段和868/915MHz频段， 2.4GHz频段全球通用，是免费的，而868/915MHz频段的使用在欧洲和北美，在我国的ZigBee设备应该工作在2.4GHz频段，该频段有16个宽度为6MHZ，速率为250kb/s的信道[1]。
2.对MCU资源要求相对较低
3.安全可靠的数据传输
ZigBee在物理层和媒体访问控制层采用IEEE 802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波检测多址访问与冲突避免的数据传输方法，并与确认和数据检验等措施结合，可保证数据的可靠传输[1]。
4.极低的功耗
低功耗是ZigBee是最主要的特性，主要采取间接的数据传输摸式，换句话说，数据的传输不是由主节点依序询问的，而是通过由功能简单用电池供电的从节点发送请求[1]。
5.灵活的网络结构
ZigBee同时支持星形网络、树簇形网络和对等拓扑的网格网络；数据的传输方式既可以是多跳，也可以是多跳，ZigBee的设备既可以使用64位的IEEE地址，也可以使用指配的16位短地址[1]。
3.2 ZigBee网络基础
ZigBee的网络基础主要包括三方面的内容，分别是设备类型，网络的拓扑结构和路由方式；ZigBee的网络节点分为协调器节点、路由器节点和终端节点三种类型；节点类型又反映了网络的拓扑形式。ZigBee网络的拓扑形式有星形拓扑、树形拓扑和网状拓扑三种形式。
3.2.1网络节点类型
(1)协调器
在各种拓扑形式的ZigBee网络中，协调器节点是第一个启动的设备。协调器的作用是建立网络。选择适用的频率。在每种不同的网络中，协调器都只有一个，在它建立网络后，可将其他节点加入网络，之后也可以以一个路由的形式进行工作。也可以提供安全管理以及其他服务。
(2)路由器
作为一个路由器，它的功能主要有三方面，首先是在网络中充当普通的设备工作；ZigBee是一个多跳网络，多跳就需要路由器是对数据进行中继，实现多路传输，第三是辅助其他的子节点完成通信。
(3)终端节点
终端节点主要负责信息的发送和接收。当它在数据的发送和接收的状态时可以进入低功耗的睡眠状态，因此可以降低能源的消耗。
3.2.2网络拓扑形式
（1）星形拓扑
星形拓扑是ZigBee网络中最简单的拓扑形式，如图3.1所示。在这种结构中，只有一个协调器，以它为中心，数据信息只能单条线的和终端节点进行通信。也就是信息只能从协调器到一个终端，或从这个终端到协调器进行传输。而不能在两个终端节点之间实现通信。所以这种结构存在缺陷，就是只有唯一路径可供节点之间传输数据。
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1.引言 1
2.概述 1
2.1 ZigBee技术的研究现状 1
2.2研究ZigBee技术的目的和意义 2
2.3研究思路和技术方法 2
3.系统概述 3
3.1 ZigBee技术的介绍 3
3.2 ZigBee网络基础 4
3.2.1网络节点类型 4
3.2.2网络拓扑形式 4
3.3 CC2430芯片的介绍 6
4.硬件设计 8
4.1 CC2430的外接电路原理图 9
4.2电源电路 10
4.3与温湿度传感模块的连接电路图 11
4.4显示电路 12
4.5串口电路的设计 13
4.5.1MAX3232的简介 14
5.软件设计 14
5.1软件设计整体流程 14
5.2 ZigBee协议与RS232协议的转换 15
5.3初始化程序 15
5.4设备类型的确定 18
5.5数据采集 20
5.6传感器节点的设计 20
5.7串口通信设计 22
5.7.1和校验 23
5.8函数功能表 24
6.开发环境的介绍 25
结束语 27
参考文献 29
致谢 30查看完整请+Q:351916072获取
关键字：CC2430单片机 ZigBee协议 无线湿度传感器 节点 上位机 M000265
First, the definition, significance, research emphases and status of ZigBee technology are introduced in this paper. Then，how to use the ZigBee hardware source and wireless network communication of ZigBee protocol to realize the monitor system of the environmental humidity was introduced. Finally，the system hardware construction and software implementation process were described. Because this system had realized the communication between the wireless network and upper computer, the control, analysis, memory and image display of entire wireless network data were facilitated by upper computer software, thus the software system function became powerful, which enable the overall system at low cost, low complexity, powerful function, modulation and easy debugging.
Key Words: CC2430 single chip; ZigBee protocol; wireless temperature and humidity sensor; node; upper computer
1.引言 查看完整请+Q:351916072获取
在现实生活中，许多东西、许多地方都会需要防潮湿，防氧化。比如档案、重要文档、名贵皮具、相机的保存；粮仓和一些办公区域；收藏品、古董字画的保管；一些贵金属高科技，精密仪器存储等。而防潮则需要实时的对不同点进行温湿度的监测。而随着分布节点的不断增加，传统的有线监测系统就会出现许多弊端，例如布线的复杂度和成本会大大增加，系统的设计、维护也会很不方便。如何解决这些弊端则成为了现如今研究的热门话题。
ZigBee技术是一种新兴的无线网络技术。它以IEEE802.15.4协议为基本。支持小范围之间的以无线通信为基础的低速率数据传输。
本文设计了一种基于ZigBee的电子防潮箱测试系统，对集散节点的温湿度进行采集并实时的传输，在超后进行报警并自动除湿。能有效满足多点测量，移动性和便利性等要求的监测过程，并能有效地解决有线网络带来的布线和电缆的成本问题。应用前景非常广阔。
2.概述
2.1 ZigBee技术的研究现状
ZigBee技术基于IEEE802.15.4-2003标准，是一种新的国际标准短距离无线通信协议。
2002年，近300的机组成员成立了ZigBee联盟，他们可以提供技术产品和解决方案；到了2004年第一款ZigBee芯片诞生，发布了1.0版本规范，2006年和2007年先后发布了1.1版本规范和Pro版本规范[3]。
ZigBee 联盟的主要目标是提供一个更为灵活的，更容易使用的消费性电子产品使用的无线网络。ZigBee技术可应用于不同的市场，在各种电子产品中都可以运用。通过ZigBee这个平台，联盟会员可以设计出简单、可靠、便宜与节能的各种产品。
2.2研究ZigBee技术的目的和意义
防潮、防霉、防氧化、防生锈是现在许多日常工作的重要内容, 会直接缩短存贮物品的使用周期，降低工作的可靠性。而要想日常工作能够顺利进行,加强湿度的监测工作则成为目前最需要解决的问题。
但传统的温湿度监测要么采用手动来进行检测，要么采用有线监测设备进行监测。然而手动监测的方式不仅耗时耗力、效率低,而且测试的结果误差大,随机性大；有线的方式则具有很多的不足之处，比如需要布设许多的线路导致布线麻烦；以及复杂的电路所带来的维护困难等不足之处。在许多的区域无法顺利使用。因此,测控无线化、智能化和信息化管理已成为发展趋势。利用无线通信技术设计的无线温湿度监测系统没有了布设大量且复杂的线路的麻烦,监测环境的不利因素所对系统造成的影响也几乎可以忽略；因为是以无线的方式进行数据的传输，所以温湿度采集的节点不再受位置的影响，可以随意的变动，而且会自动连网。节点耗能低、生命周期长,既方便使用又节约布线成本。本文设计采用无线传感器网络技术进行温湿度的测量和监控。无线传感网络对带宽的要求不高，不需要很高,只需要较低的时延和较低的功耗。低成本、低功耗的ZigBee技术速率低，方便，使用于短距离传输的特点使它在工业领域得到推广。
本设计题目为基于ZigBee的电子防潮箱测试系统设计，设计一种基于单片机和Zigbee模块为基础的湿度传感器检测系统。本设计旨在了解ZigBee网络的工作原理，采用低功耗微控制器、ZigBee模块，设计一个基于ZigBee的湿度监控系统，实现对湿度进行实时监控的需要。
2.3研究思路和技术方法
传统的温湿度监测方式不仅耗时耗力，效率低,而且测试的温湿度误差较大,随机性较大；要么就是具有布设的线路多导致布线麻烦、以及复杂的电路所带来的维护困难等很多缺点,在许多特定的环境下无法区域无法顺利使用。不过，ZigBee技术具有低成本，低功耗和低传输的优势，它适用于基于控制区的小范围短距离无线通信，以满足更多实际应用的需求。所以本设计中将采用ZigBee无线网络技术来实现。在本设计中选用的是CC2430芯片。
首先，查阅大量的资料，分析课题研究实现的功能，把这些功能分成传感器模块、串口模块、按键模块等来一一实现。然后，设计各个模块的电路。最后，连接各个模块，输出信号接至处理器处理并显示。
3.系统概述 查看完整请+Q:351916072获取
3.1 ZigBee技术的介绍
ZigBee的名字来源于蜜蜂舞，跳舞的蜜蜂通过跳ZigBee的形状来交换各种信息，在蜂群里，有着大量蜜蜂，身体细长，需要少量的食物，这是ZigBee技术的主要特点，结构很简单；成本和功耗很低；有不等数量的成员；建网比较灵活[2]。
ZigBee是一种新兴的无线网络技术，传输距离短，速率较低，在此前曾被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用在近距离无线连接；它有自己的无线电标准，可以以很少的能量通过接力的方式在数千个传感器之间实现通信，所以通信效率非常高[2]。
ZigBee技术适用于通信数据量不大，数据传输效率相对较低，分布范围较小，但有一定的数据安全可靠性的要求，而且需求成本和功耗非常低，并易于安装使用的场合；[1]它具有以下几个特点：
1.较灵活的工作频段
根据不同国家的情况，定义了不同的频段：2.4GHz频段和868/915MHz频段， 2.4GHz频段全球通用，是免费的，而868/915MHz频段的使用在欧洲和北美，在我国的ZigBee设备应该工作在2.4GHz频段，该频段有16个宽度为6MHZ，速率为250kb/s的信道[1]。
2.对MCU资源要求相对较低
3.安全可靠的数据传输
ZigBee在物理层和媒体访问控制层采用IEEE 802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波检测多址访问与冲突避免的数据传输方法，并与确认和数据检验等措施结合，可保证数据的可靠传输[1]。
4.极低的功耗
低功耗是ZigBee是最主要的特性，主要采取间接的数据传输摸式，换句话说，数据的传输不是由主节点依序询问的，而是通过由功能简单用电池供电的从节点发送请求[1]。
5.灵活的网络结构
ZigBee同时支持星形网络、树簇形网络和对等拓扑的网格网络；数据的传输方式既可以是多跳，也可以是多跳，ZigBee的设备既可以使用64位的IEEE地址，也可以使用指配的16位短地址[1]。
3.2 ZigBee网络基础
ZigBee的网络基础主要包括三方面的内容，分别是设备类型，网络的拓扑结构和路由方式；ZigBee的网络节点分为协调器节点、路由器节点和终端节点三种类型；节点类型又反映了网络的拓扑形式。ZigBee网络的拓扑形式有星形拓扑、树形拓扑和网状拓扑三种形式。
3.2.1网络节点类型
(1)协调器
在各种拓扑形式的ZigBee网络中，协调器节点是第一个启动的设备。协调器的作用是建立网络。选择适用的频率。在每种不同的网络中，协调器都只有一个，在它建立网络后，可将其他节点加入网络，之后也可以以一个路由的形式进行工作。也可以提供安全管理以及其他服务。
(2)路由器
作为一个路由器，它的功能主要有三方面，首先是在网络中充当普通的设备工作；ZigBee是一个多跳网络，多跳就需要路由器是对数据进行中继，实现多路传输，第三是辅助其他的子节点完成通信。
(3)终端节点
终端节点主要负责信息的发送和接收。当它在数据的发送和接收的状态时可以进入低功耗的睡眠状态，因此可以降低能源的消耗。
3.2.2网络拓扑形式
（1）星形拓扑
星形拓扑是ZigBee网络中最简单的拓扑形式，如图3.1所示。在这种结构中，只有一个协调器，以它为中心，数据信息只能单条线的和终端节点进行通信。也就是信息只能从协调器到一个终端，或从这个终端到协调器进行传输。而不能在两个终端节点之间实现通信。所以这种结构存在缺陷，就是只有唯一路径可供节点之间传输数据。
目录 查看完整请+Q:351916072获取
1.引言 1
2.概述 1
2.1 ZigBee技术的研究现状 1
2.2研究ZigBee技术的目的和意义 2
2.3研究思路和技术方法 2
3.系统概述 3
3.1 ZigBee技术的介绍 3
3.2 ZigBee网络基础 4
3.2.1网络节点类型 4
3.2.2网络拓扑形式 4
3.3 CC2430芯片的介绍 6
4.硬件设计 8
4.1 CC2430的外接电路原理图 9
4.2电源电路 10
4.3与温湿度传感模块的连接电路图 11
4.4显示电路 12
4.5串口电路的设计 13
4.5.1MAX3232的简介 14
5.软件设计 14
5.1软件设计整体流程 14
5.2 ZigBee协议与RS232协议的转换 15
5.3初始化程序 15
5.4设备类型的确定 18
5.5数据采集 20
5.6传感器节点的设计 20
5.7串口通信设计 22
5.7.1和校验 23
5.8函数功能表 24
6.开发环境的介绍 25
结束语 27
参考文献 29
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