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无线传感网络大作业--基于ZigBee技术的室内环境监控系统..doc
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2022-06-26
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无线传感网络大作业--基于ZigBee技术的室内环境监控系统..doc
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基于 ZigBee 技术的室内环境监控系统
目录
1 研究背景与意义 (1
2 研究内容 (1
3 ZigBee 技术综述 (2
3.1 ZigBee 特点 (2
3.2 ZigBee 协议栈 (3
3.3 节点类型 (6
3.4 拓扑结构 (6
3.5 地址类型及 ZigBee 寻址 (7
4 室内环境监测系统设计 (8
4.1 系统架构 (8
4.2 硬件设计 (9
4.3 软件设计 (10
4.4 系统功能定义 (11
5 室内环境监控系统的特点 (12
6 总结 (13
7 参考文献 (13
基于 ZigBee 技术的室内环境监控系统
1 研究背景与意义
随着人类进入信息时代,计算机技术、通信技术及网络技术都得到了迅猛的发展与提高,
人们对居住环境也提出了更高的要求,希望自己能居住在一个生活现代化、居住环境安全化
和舒适化的生活空间。与此同时,生活节奏的不断加快,实时掌握大量信息和进行高效工作的
需求日益凸显,但是繁重的家务和繁琐的家电操作占用人们大量的时间,这时就需要有一个方
便快捷的智能化家居管理平台协助人们处理家居事务,将人们从家务和家电操作中解放出来。
在这种需求的驱动下,智能家居的概念也就应运而生。人们希望通过这种技术将家庭中各种
与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭安防等装置连接到一个家庭智能化系统上进行集中
或异地监视、控制和管理,保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调一致,从而满足用户对
居住环境的需求。智能家居系统的结构如图 1 所示:
图 1 智能家居系统结构图
由图 1 可知,室内环境监控系统是智能家居系统中其必不可少的一部分,是实现智能家居
系统功能的重要组成部分与基本条件,是给用户提供一个安全、舒适、便捷的生活环境的重
要手段。一个好的室内环境监控系统对于构建智能家居系统和提高用户的生活环境质量具有
重要的意义。
2 研究内容
本文以基于 ZigBee 技术的室内环境监控系统为研究背景,利用 ZigBee 技术作为支撑平台,
将温湿度传感器、光照传感器、雨滴传感器、火灾传感器及人体感应传感
器等传感器节点采集到的数据信息通过 ZigBee 网络汇聚到网络中的网关节点,该网关节
点再通过 Wifi 模块将处理后的数据传送给 Android 上位机软件,然后用户通过与上位机软件
进行交互,通过显示的数据信息反馈控制诸如空调、电灯等电器,可营造一个安全、舒适、温
馨的室内氛围。根据以上介绍,本文的研究内容主要包括以下几部分:
1.ZigBee 协议介绍。详细介绍了 ZigBee 协议中各层的功能及参考模型推荐。
2.ZigBee 技术应用。本文通过这些传感器的协同感知打造一个更加人性化的室内环境,实
现了温湿度传感器、光照传感器、雨滴传感器、火灾传感器及人体感应传感器等传感器的集
成应用。例如通过温湿度传感器采集的数据反馈控制空调的工作参数,通过光照传感器采集
的室内外光照信息,控制窗帘的闭合程度及灯光亮度的 PWM 调节等等。
3.本室内环境监控系统的整体架构、功能及各模块结构介绍。
4.本室内环境监控系统的硬件与软件设计。
3 ZigBee 技术综述
3.1 ZigBee 特点
ZigBee 是一种短距离、低功耗的无线网络技术,主要由 ZigBee 联盟制定,其底层是采用
IEEE 802.15.4 标准规范的 MAC 与 PHY 层。ZigBee 是一个标准,它为低数据速率、窄带无线
网络定义了一系列通信协议。ZigBee 可工作在 2.4GHz、868MHz 和 915 MHz 这 3 个频段上,
分别具有最高 250kbit/s、20kbit/s 和 40kbit/s 的传输速率,它的传输距离在 10-75m 的范围内,但
可以继续增加。作为一种无线通信技术,ZigBee 具有如下特点:
1.低功耗。由于 ZigBee 的传输速率低,发射功率仅为 1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,
因此 ZigBee 设备非常省电。据估算,ZigBee 设备仅靠两节 5 号电池就可以维持长达 6 个月到
2 年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。
2.开发成本低。由于网络协议简单,开发时间成本较低,而且 ZigBee 协议免除专利费。同
时,各大半导体公司也设计出了适合 ZigBee 技术规范的价格低廉的芯片,低成本对于 ZigBee
也是一个关键的因素。
3.时延短。通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延 30ms,休眠
激活的时延是 15ms, 活动设备信道接入的时延为 15ms。因此 ZigBee 技术适用于对时延要求
苛刻的无线控制应用。
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