物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程結(jié)課論文

《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程結(jié)課論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-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)計時間：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)計摘要本文以學(xué)生所在實驗室目前所做的項目基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為基礎(chǔ)，給出了一種基于ZigBee的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方案。從硬件和軟件兩個方面討論了系統(tǒng)的設(shè)計方案。硬件設(shè)計部分說明了硬件模塊的原理和實現(xiàn)方案，并對射頻PCB板的設(shè)計要點進(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)計了用于火災(zāi)探測的ZigBee設(shè)備協(xié)定（Profile）。另外軟件方面還討論了Zi

2、gBee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。是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)節(jié)中一個比較典型的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：ZigBee，火災(zāi)探測，射頻PCB，單片機，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)前言目前，有線火災(zāi)自動報警系統(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。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、造價高、功耗大、擴展能力差、設(shè)計、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系統(tǒng)。事實上除了解決以上提到問題以外，在臨時建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑、文物保護(hù)單位、展覽館、高級寫字樓，

3、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?？上чL久以來無線系統(tǒng)一直背負(fù)著價格昂貴、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)有能力制造出價格合理、續(xù)航能力強、連接穩(wěn)定，即插即用的無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。綜合上述的分析，市場對于無線的火災(zāi)探測系統(tǒng)一直存在著需求，而且隨著經(jīng)濟的發(fā)展，這種需求日益強烈。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

4、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踐中所積累的理論和經(jīng)驗，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)模可以比藍(lán)牙設(shè)備大的多。ZigBee無線設(shè)備工作在公共

5、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時為250kps，在915MHz時為40kps，在868MHz時為20kps。如前所述ZigBee設(shè)備具：低功耗，高可靠性，低成本，低時延，網(wǎng)絡(luò)容量大，以及高安全性等優(yōu)秀特點。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

6、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。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)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)和業(yè)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.

7、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、預(yù)留時隙管理和廣播信息管理。物理層采用DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴頻）技術(shù)，定義了3種流量等級：當(dāng)頻率采用2.4GHz時，使用16信道，能夠提供250kbit／s的傳輸速率；當(dāng)采用915MHz時，使用10信道，能夠提供40kbit／s的傳輸速率；當(dāng)采用868MHz時，使用單信道，能夠提供20kbit

8、／s的傳輸