基于ZigBee的數(shù)據(jù)傳送

程? 馬占有

摘要：作為一種能耗較低、性價(jià)比很高以及可靠的技術(shù)，ZigBee技術(shù)可以將數(shù)據(jù)傳輸控制來進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)一套完整的、性能強(qiáng)勁以及開放的一套標(biāo)準(zhǔn)，因此，本文在基于ZigBee技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)Zigbee數(shù)據(jù)傳輸電路的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性、魯棒性等很多方面的提升。

1、引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，各國(guó)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究投入在不斷的增加。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks， WSN）是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。ZigBee是一種基于IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的、近距離、低傳輸速率、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其典型應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制、消費(fèi)電子、家庭自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、醫(yī)療護(hù)理等?？梢詽M足小型廉價(jià)設(shè)備之間無線通信的需要。他的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為10-250kbps；理想連接距離為10-75 米之間；能耗非常小，峰值發(fā)射功率為1mW，小于Wi-Fi 和藍(lán)牙；理論上網(wǎng)絡(luò)可以支持65536個(gè)節(jié)點(diǎn)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其感知能力和適應(yīng)性的優(yōu)越性，具有巨大的研究前景。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多功能強(qiáng)大、能耗和成本較低的傳感器結(jié)點(diǎn)組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)可以將諸多環(huán)境的變量因素如溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)，采集傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)，供分析使用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其低成本、精度高、可以大量布置到人類無法到達(dá)的環(huán)境中等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療救援、軍事監(jiān)控、航天航空等方面有重要應(yīng)用價(jià)值。

目前大部分已部署的WSN，隨著無線通信技術(shù)、無線數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與集成電子技術(shù)的顯著提高和廣泛應(yīng)用，具有監(jiān)測(cè)能力、計(jì)算存儲(chǔ)能力和數(shù)據(jù)傳輸能力的無線傳感網(wǎng)絡(luò)被國(guó)內(nèi)外研究者應(yīng)用到軍事、交通運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，在國(guó)防建設(shè)和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面，起著很重要的作用。然而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展仍受諸多因素的制約，無線網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、安全性較差、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、傳感器能量較小、周圍復(fù)雜環(huán)境等因素都會(huì)影響到原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，致使感知的數(shù)據(jù)具有不確定性，不確定性數(shù)據(jù)的問題已成學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)之一。因此。本文基于此研究基于ZigBee的數(shù)據(jù)傳送。

基于ZigBee的數(shù)據(jù)傳送包括激光、紅外線以及無線電波等一系列可能的選擇。ZigBee技術(shù)作為一種能耗較低、性價(jià)比很高以及可靠的技術(shù)，可以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)控制來進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)一套完整的、性能強(qiáng)勁以及開放的一套標(biāo)準(zhǔn)，并且為了提高網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境適應(yīng)性，所選擇的傳輸媒體應(yīng)該是在多數(shù)地區(qū)內(nèi)都可以使用的。

2、Zigbee數(shù)據(jù)傳輸電路的結(jié)構(gòu)

Zigbee數(shù)據(jù)傳輸電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

由圖知，Zigbee數(shù)據(jù)傳輸加上很少的外圍部件配合就能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸功能?？梢詫?shí)現(xiàn)ZigBee模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸及處理功能。通過門電路實(shí)現(xiàn)ZigBee模塊與發(fā)送模塊雙向電平之間的轉(zhuǎn)換。

3、基于Zigbee的數(shù)據(jù)傳輸

每個(gè)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過網(wǎng)關(guān)與外部以太網(wǎng)連接，并且網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)比一般的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更復(fù)雜，需要的資源也比一般的節(jié)點(diǎn)多。圖2（a）為ZigBee無線網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖，圖2（b）為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。

（a）網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖

（b）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

圖2 ZigBee無線網(wǎng)關(guān)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

Zigbee模塊主要用于傳感器與ARM主控板之間通訊，所以系統(tǒng)通過串口在主控板連接一個(gè)Zigbee模塊，使得主控板作為協(xié)調(diào)器，而傳感器部分則接到Zigbee模塊上為主控板的子節(jié)點(diǎn)。傳感器部分所設(shè)計(jì)的電路如圖3所示：

4、總結(jié)

本文在基于ZigBee技術(shù)的研究基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了Zigbee數(shù)據(jù)傳輸電路的結(jié)構(gòu)。ZigBee技術(shù)作為一種能耗較低、性價(jià)比很高以及可靠的技術(shù)，可以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)控制來進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)一套完整的、性能強(qiáng)勁以及開放的一套標(biāo)準(zhǔn)。

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作者簡(jiǎn)介：程 （1996.08.17）男，仡佬族，貴州遵義人，本科學(xué)歷，現(xiàn)就讀于北方民族大學(xué)，指導(dǎo)老師：馬占有