物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用結(jié)課論文

《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用結(jié)課論文》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程結(jié)課論文單位（學(xué)院）：學(xué)生姓名：專業(yè)：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：年月物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程結(jié)課論文題目：基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)摘要本文以學(xué)生所在實(shí)驗(yàn)室目前所做的項(xiàng)目基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，給出了一種基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案.從硬件和軟件兩個(gè)方面討論了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.硬件設(shè)計(jì)部分說明了硬件模塊的原理和實(shí)現(xiàn)方案，并對射頻PCB板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了討論.軟件方面對ZigBee協(xié)議棧和集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行了介紹，并設(shè)計(jì)了用于火災(zāi)探測的ZigBee設(shè)備協(xié)定

2、（Profile）.另外軟件方面還討論了ZigBee協(xié)議棧所使用的基于OSAL的多任務(wù)操作系統(tǒng)，及其軟件設(shè)計(jì).是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)節(jié)中一個(gè)比較典型的應(yīng)用.關(guān)鍵詞：ZigBee，火災(zāi)探測，射頻PCB，單片機(jī)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)前言目前，有線火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟.他們主要采用兩條或多條的銅芯絕緣導(dǎo)線或銅芯電纜穿管后與控制器相接.11/11但是由于采用了有線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損，系統(tǒng)耗材多、造價(jià)高、功耗大、擴(kuò)展能力差、設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)復(fù)雜.解決這些問題的最佳方法就是取消硬線連接，使用可以即插即用的無線

3、系統(tǒng).事實(shí)上除了解決以上提到問題以外，在臨時(shí)建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑、文物保護(hù)單位、展覽館、高級寫字樓，大空間建筑等許多不便于消防系統(tǒng)布線的場所，也一直存在著對無線火災(zāi)探測系統(tǒng)的迫切需求.可惜長久以來無線系統(tǒng)一直背負(fù)著價(jià)格昂貴、電池續(xù)航能力不足、連接不穩(wěn)定等惡名.不過近年來，隨著無線通信、微機(jī)電系統(tǒng)（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）等技術(shù)的日益成熟和完善，我們已經(jīng)有能力制造出價(jià)格合理、續(xù)航能力強(qiáng)、連接穩(wěn)定，即插即用的無線火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng).綜合上述的分析，市場對于無線的火災(zāi)探測系統(tǒng)一直存在著

4、需求，而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種需求日益強(qiáng)烈.因此我們有必要開發(fā)一套無線火災(zāi)探測器系統(tǒng).對于系統(tǒng)采用什么樣的無線通信協(xié)議問題.ZigBee作為一種低功耗、低成本、高可靠性的無線通信協(xié)議，是非常理想的選擇.而近年來各國學(xué)術(shù)界在無線傳感器理論研究和實(shí)踐中所積累的理論和經(jīng)驗(yàn)，為我們搭建基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)提供了重要的技術(shù)支撐.一、ZigBee技術(shù)和協(xié)議規(guī)范1.1ZigBee技術(shù)的產(chǎn)生和特點(diǎn)ZigBee技術(shù)是一種面向自動化和無線控制的低速率、低功耗、價(jià)格便宜的無線網(wǎng)絡(luò)方案.ZigBee的的通信速率要求低于藍(lán)牙，由電

5、池供電設(shè)備提供無線通信功能，并希望在更換電池并且不充電的情況下正常工作幾個(gè)月甚至幾年.ZigBee支持mesh型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？梢员人{(lán)牙設(shè)備大的多.ZigBee無線設(shè)備工作在公共頻段上（全球2.4GHz，美國915MHz，歐洲868MHz），傳輸距離為10~75米，具體數(shù)值取決于射頻環(huán)境以及特定應(yīng)用條件下的輸出功耗.ZigBee的通信速率在2.4GHz時(shí)為250kps，在915MHz時(shí)為40kps，在868MHz時(shí)為20kps.如前所述ZigBee設(shè)備具：低功耗，高可靠性，低成本，低時(shí)延，網(wǎng)絡(luò)容量大，以及高安全性

6、等優(yōu)秀特點(diǎn).和其他無線通信協(xié)議相比，ZigBee在工業(yè)控制領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢.他在帶寬、傳輸距離、功耗以及成本之間取得了比較好的平衡.因此我們選用ZigBee作為無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)的無線通信協(xié)議.1.2ZigBee協(xié)議規(guī)范完整的ZigBee協(xié)議棧自上而下由應(yīng)用層、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，如圖2.1所示.11/11圖2.1ZigBee協(xié)議棧組成應(yīng)用層定義了各種類型的應(yīng)用業(yè)務(wù)，是協(xié)議棧的最上層用戶.應(yīng)用匯聚層負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上，包括安全與鑒權(quán)、多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)

7、務(wù)發(fā)現(xiàn).網(wǎng)絡(luò)層的功能包括拓?fù)涔芾怼AC管理、路由管理和安全管理.數(shù)據(jù)鏈路層又可分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（MAC）.IEEE802.15.4的LLC子層與IEEE802.2的相同，其功能包括傳輸可靠性保障、數(shù)據(jù)包的分段與重組、數(shù)據(jù)包的順序傳輸.IEEE802.15.4MAC子層通過SSCS（Service-SpecificConvergenceSublayer）協(xié)議能支持多種LLC標(biāo)準(zhǔn)，其功能包括設(shè)備間無線鏈路的建立、維護(hù)和拆除，確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入控制、幀校驗(yàn)、預(yù)留時(shí)隙管理和廣播信息

8、管理.物理層采用DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻）技術(shù)，定義了3種流量等級：當(dāng)頻率采用2.4GHz時(shí)，使用16信道，能夠提供250kbit／s的傳輸速率；當(dāng)采用915MHz時(shí)，使用10信道，能夠提供40kbit／s的傳輸速率；當(dāng)采用868MHz時(shí)，使用單信道，能夠提供2