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1、-基于zigbee无线传感网络的家居环境监测系统的设计毕业论文-第 - 41 - 页南京XXXX大学本科毕业设计（论文）题目：以无线传感器网络为基础的家居环境监控系统的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期：
2、使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本
3、声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格
4、 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的
5、整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格
6、 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格
7、 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要随着各种现代化信息技术的迅猛发展和进步，以及人们生活水平的提高，人们越来越对自己所处的环境有了更高的要求。人们都想要自己的生活环境健康、舒适。近些年，特别是人类在信息技术上的快速发展，使得各种有线无线通信技术有了前所未有的突破，未来，随着各种无线技术的成熟和成本应用的下降，有线将慢慢离开技术舞台的中央。
8、因此，本文为此而专门设计了无线家居环境监测系统。为了以较小的成本，较高的安全性和可靠性，并且能够实时准确地监控家庭环境的参数，供PC决策以确保人们的居住环境的健康性，最大程度地减少人们因长时间在受污染的家居环境中而生病，本文利用ZigBee技术而开发设计出了这一智能家居中的子系统环境监测系统。其最大的优点在两个方面，一是无线，这样可以使地方占用小，方便安装，不会给家居环境增加视觉干扰；二是功耗低，其使用两节干电池即可工作半年以上。本论文以ZigBee无线传感网络技术为核心，与各种传感器技术相结合，设计出一套方便实用的家居环境监测系统，为家居中的管理中心（PC）提供准确无误的决策参数，是智能家居
9、系统中不可缺少的子系统之一。其中终端传感器节点可以选择温度、湿度、亮度、一氧化碳等传感器，并且可以根据需求增加或减少终端。故本文无线网络终端模块选用的是CC2430芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送，此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就可以实现功能，无需再加单片机。在数据接收端（即协调器节点）收到的数据处理并上传到PC以供其分析控制家居中智能电器调节各项环节参数，以此可以实现快速、实时并且方便的家居环境信息的监测功能。关键词：，无线传感器网络，环境监测，智能家居AbstractWith the rapid development and pro
10、gress of a variety of modern IT, and humans Standards of living improve, more and more people demand to live in a healthy and comfortable environment. In recent years, especially human beings in the rapid development of information technology, making a variety of wired and wireless communications te
11、chnology has been an unprecedented breakthrough. With a variety of wireless technologies mature and costs decline, the cable will slowly leave technology center. As a result, the wireless smart home system came into being, while the wireless home environment monitoring system discussed in this artic
12、le is one of the subsystems.Inordertohavelesscost, highersecurity and reliability,and the ability tomonitorthe home environmentin real time,to minimizepeoplesick, thispaperusetheZigBee wirelesssensornetwork technologydevelopment and design ofEnvironment Monitoring Systeminthissmart home.It has two b
13、iggest advantages. First, the wireless can make the place occupied by small, easy to install, will not increase the visual interference to the home environment; Second, low power consumption: it can be used with more than six months by two dry batteriesIn this thesis, a ZigBee-based wireless sensor
14、network technology for the core and the combination with a variety of sensor technology, designed a set of excellent home environment monitoring system for smart home management center to provide accurate decision-making parameters, smart home an integral subsystem of the system. Terminal sensor nod
15、es can select the temperature, humidity, brightness, and carbon monoxide sensors, and can increase or decrease according to demand terminal. Due to the CC2480 chip does not have built-in microprocessor core, and few user use it as a ZigBee module. So terminal module of the wireless network choice of
16、 TIs CC2430 chip as a platform to receive and send sensor collected data, the chip microcontroller core of the 8051 core and a certain amount of memory space, so adding a little more peripheral circuit can functionality without the need coupled with the microcontroller. Coordinate data receiver (nod
17、e) receives the data processing and uploaded to the management center (PC) for analysis to adjust the link parameters to control smart appliances in the home, this can be achieved fast convenient, real-time, home environment monitoring function.Keywords： ZigBee，Wireless sensor networks, smart home,
18、environmental monitoring目录摘要IAbstractII目录III1. 绪论- 5 -1.1 本文研究背景与意义- 5 -1.2 智能家居环境监测系统的特点- 5 -1.3 国内外发展现状及分析- 6 -1.4典型无线网络技术介绍- 7 -1.4.1 ZigBee技术- 7 -1.4.2 Wi-Fi技术- 7 -1.4.3蓝牙技术- 8 -1.4.4 超宽频技术(UWB)- 8 -1.4.5近距离无线传输(NFC)- 9 -1.4.6红外线数据通信- 9 -1.5 本文研究内容及创新点- 10 -1.5.1 本文主要研究内容- 10 -1.5.2本文主要研究创新点- 10
19、 -2. ZigBee技术综述- 11 -2.1 ZigBee技术介绍- 11 -2.1.1 ZigBee技术特点- 11 -2.1.2 ZigBee网络设备组成和网络结构- 12 -2.2 IEEE802.15.4协议分析- 13 -2.2.1物理层（PHY）- 14 -2.2.1.1物理层的载波调制- 14 -2.2.1.2物理层的帧结构- 15 -2.2.2介质访问控制层(MAC)- 15 -2.2.2.1 IEEE 802.15.4 MAC层超帧结构- 16 -2.2.2.2 CSMA/CA工作机制- 16 -2.3 ZigBee协议分析- 18 -2.3.1 网络层（NWK）- 19
20、 -2.3.1.1 网络层数据实体（NLDE）- 19 -2.3.1.2网络层管理实体（NLME）- 19 -2.3.2 应用层（APP）- 20 -2.3.2.1应用支持子层- 20 -2.3.2.2 应用层框架- 20 -2.3.2.3 ZigBee设备对象- 21 -2.4 本章小结- 21 -3. 家居环境监测系统设计- 22 -3.1 系统结构- 22 -3.2 系统功能定义- 23 -3.3 系统设计要求- 24 -3.4 本章小结- 25 -4. 系统硬件设计- 26 -4.1 ZigBee硬件选型- 26 -4.2 节点硬件设计- 28 -4.2.1 协调器节点设计- 28 -
21、4.2.2传感器节点设计- 31 -4.2.2.1 温湿度传感器（SHT11）- 32 -4.2.2.2一氧化碳传感器（CO/MF-500）- 33 -4.2.2.3 光强度传感器（BH1750FIV）- 34 -4.3本章小结- 35 -5. 系统软件设计- 36 -5.1 开发环境介绍- 36 -5.2协调器节点软件设计- 37 -5.3 传感器节点软件设计- 39 -5.4 本章小结- 41 -结束语- 41 -致谢- 42 -参考文献- 43 -1. 绪论1.1 本文研究背景与意义千百年来，人类都在关注着自身的生活和居住条件，并努力改善和提高之。随着工业革命和信息技术革命的成功，进入2
22、1世纪后，人类的各种技术包括通信技术、计算机网络、控制理论、互联网等都有了很大的发展，另外，经济的发展也使我们都希望居住在一个舒适的家居环境中，只有这样我们的生活才会更好，身体才会健康。由于人们又了这种想法，由此智能家居(Smart Home)系统也就越来越多的被人们所重视了。研究人员希望能通过这种新的技术将家居中各种智能化的设备、家用电器和家庭安防设备等整合一个智能化的系统上进行资源共享、分析、控制和管理这些设备，控制这些设备来对家居中的环境参数符合人们舒适居住使用的要求，营造一个良好的环境杨士元数字家居网络技术及应用M电子工业出版社，2002，从而可使用户能够居住在一个更高要求的环境中。本
23、文研究设计了一种智能家居环境监测子系统，实现对家庭环境的实时监测，实时为用户提供可靠并且全面的环境信息。智能家居系统中一个非常重要的部分就是本文所研究的环境监测子系统。在这个系统中，人们可以获得实时的居住环境信息，如温度和湿度、各种有害气体的浓度、光照强度、火灾信息等。同时，此系统中传感器所得到的环境参数可以为其它家居设备做决策参考，最终由智能家居系统实现对家庭环境的智能调节，比如，当测量到的光照强度高于用户设定的一定值的时候，系统就将启动自动窗帘系统的马达，自动将窗帘关到一定程度，以降低室内的光强度，适合居住；又如，当温度值偏低时，系统就将启动空调设备进行工作，来增高室内温度。因此，智能家居
24、系统为用户提供了安全、舒适、便捷生活的环境，从而使环境监测子系统成为了智能家居系统的一个非常重要关键部分与基本环节，能否拥有一个好的智能家居系统的关键在于能否设计出好环境监测子系统，这对改善人们生活环境的舒适度具有非常重要的意义。1.2 智能家居环境监测系统的特点无线环境监测系统拥有全面、可靠的环境信息采集分析能力。为了实现环境信息监测的精确性、全面性并且方便使用，本文的环境监测系统应具有以下各种特点：(1)多对象监测环境监测系统需要检测多种环境信息，如：温湿度、有害气体浓度、光照强度等。这样才能为用户提供全面的环境信息参考。(2)多点监测需要对同一环境参数在不同地点和不同时间分别进行测量，这
25、是因为环境中各种环境信息不同的时间和空间上分布不具有均匀性，由此实现监测的全面性和高精度性，甚至有时需要对同一环境参数在多点进行测量。(3)系统灵活当有新的环境参数被要求测量时，系统的可扩展性要求灵活，方便增加节点，以降低成本。1.3 国内外发展现状及分析随着经济的发展和我们生活质量的提高，智能家居的智能化要求也是愈来愈高，智能家居亦成了近几年来学者们的一个研究热点。现有的智能家居产品大部分是以有线网络做为家庭的内部网络，有线网络布线麻烦，终端节点数量多而需要数量庞大的电缆，而无线通讯技术能很好的解决以上问题。国际上的家庭智能化系统已经形成集中以有线为基础的标准，包括有：美国的XlO和CEBu
26、s、欧洲的EIB、日本的HBS等。目前，国内的这些智能家居系统还处于萌芽的阶段。近些年来，在各个大公司和媒体的大力宣传下，我国的家居环境监测行业开始起步，已经有一些前瞻性很强的公司在从事此类系统的开发。另外，国内亦有些电器厂家也在市场上推出了自主的智能家居系统，类似的系统在家居环境的监测中均可以实现各种功能。虽然现在的各种有线技术亦能够对环境信息进行监测与处理，让各种监测设备之间进行连接通信。但当采用有线技术方案时，根据智能家居环境监测系统的特点，它存在一些缺点，如下面几项所示：(1)系统布线麻烦。采用有线技术时，对各个监测点分别进行布线将是一份复杂庞大的工作，特别是当系统监测对象的数量较多时
27、更是如此，又容易破坏家庭之前装修的完整性；(2)安装与维护成本高。在安装系统时，需要安装大量的线缆，家居装修建材等，特别是当用户要需要增加节点以增加系统功能时，更是要重新对其进行布线。(3)系统可扩展性差。增加或减少新的监测对象必将要求系统具有良好的软件与硬件扩展性。硬件可扩展性是有线技术方案的主要技术难点之一。(4)移动性较差。由于有线的束缚和影响，其美观性较无线系统差，不利于家居的后续装修。1.4典型无线网络技术介绍1.4.1 ZigBee技术ZigBee 技术主要用于低数据传输速率并且传输距离要求不是很远的各种通信设备之间。ZigBee的名字主要来源于蜜蜂通过跳 ZigZag形状的舞蹈来
28、传递所发现的食物的位置、距离和方向等信息，一只一只的传递下去，此种技术与蜜蜂的这种通信方式相类似。ZigBee联盟则于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半导体公司共同宣布加盟ZigBee技术联盟，以研发名为“ZigBee”的新一代无线通信标准，而在2006年作为中国通信行业龙头的华为公司亦加入了此联盟。截至目前，该联盟大约已有约27家成员企业，所有这些公司都参加了负责开发ZigBee协议物理层（PHY）和媒体控制层（MAC）技术标准的工作组。ZigBee联盟负责开发网络层及以上的协议。ZigBee协议则比蓝牙技术、高速率个人区域网或 802.11x无线局域网等技术更简单而实用。Zi
29、gBee使用的是波段，采用了跳频技术，这和蓝牙技术相似，可以说是同族兄弟了。但相比之下， ZigBee协议比蓝牙更简单、速率更慢、功率及费用也更低。ZigBee的基本速率是，而若当其速率降到时，传输半径可扩大到米，并可得到更低的功耗和更高的可靠性。此外，单个ZigBee无线模块就可与254个节点互联，若网络中加入路由节点，则网络最大承载量可支持65535个节点设备互联。由于它的低延迟和低功耗性能优越性，所以在支持鼠标、键盘等电脑周边产品和家庭自动化仪器等低速率应用时可以比蓝牙做地更好，人们更希望能在无线玩具、传感器网络、家庭监控、工业监控和安全系统等众多领域拓展ZigBee的应用2叶朝辉，杨士
30、元智能家居网络研究综述J计算机应用研究，2000(9)：48。1.4.2 Wi-Fi技术Wi-Fi，是由一个名为“无线以太网相容联盟”（Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA）的组织所发布的业界术语，中文翻译为“无线相容认证”。 Wi-Fi或802.11G在2.4Ghz频段工作，所支持的速度达54Mbps（802.11n工作在2.4Ghz或者5.0Ghz，理论最高速度600Mbps)。另外它还有两种空间的协议，分别是，但随着技术的进步，其速度在目前看来较慢，现逐渐退出市场主流，目前世界上最常用的是制式。热点是通过将访问点安装在互联网连接上来
31、创建的。这个访问节点通过无线信号将信息传到互联网上， 一般覆盖到200米以内3韩江洪，张建军，张利，魏振春，魏臻智能家居系统与技术M合肥工业大学出版，2005。虽然Wi-Fi有覆盖范围较广等特点，但是其的基带协议和射频协议比较复杂，实现成本较高，而且其功耗比较大，根本上满足不了电池供电的要求。1.4.3蓝牙技术爱立信公司制定了初始的蓝牙技术，此技术一开始是爱立信公司的1994的一个研究在移动电话和其他配件间进行的低功耗、低成本的无线通信连接方法的方案。1999年正式公布蓝牙1.0版，确定了使用的频段，最高数据传输速度达，和红外技术相比，蓝牙有着较高的传输速率，而且不需要像红外线那样进行口对口的
32、连接才能传输数据，所有的蓝牙终端基本上只要在有效的范围（10米）内使用，就随时可以进行连接收发数据。2001年的蓝牙1.1版正式列入IEEE标准，Bluetooth 1.1即IEEE 802.15.1。同年，蓝牙标准的成员公司达到并超过了家。为了扩宽蓝牙的应用层面和传输速度，蓝牙标准先后推出了1.2、2.0版直到现在的蓝牙4.0规范，以及其他附加新功能，例如EDR（Enhanced Data Rate，配合2.0的技术标准，将最大传输速度提高到3Mbps）、A2DP（Advanced Audio Distribution Profile）、ACRCP（A/V Remote Control Pr
33、ofile）等。Bluetooth 2.0将传输率提升至2Mbps、3Mbps。蓝牙协议栈的大小在到左右，协议较复杂，功耗较大，而且若需用蓝牙技术实现无线通信，则需专门的蓝牙芯片来实现，并且其对内存的需求也较大，从这方面看，其增加了额外的成本4马鸿雁等我国智能化住宅小区发展综述J北京建筑工程学院学报，2003，19(1)：8893。1.4.4 超宽频技术(UWB) 超宽频技术适用于高速、近距离的无线个人通信，它是一种利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术。它是使用在到之间频宽的无线通信技术，即利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，而不是利用正弦载波来传输数据，所以其所占的频谱范围非常之宽。按照的规定
34、，从到之间的的频率都是所使用的频率范围。从频域来看，它的频带更宽。宽带是指相对带宽在1到25之间，窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于1，但相对带宽大于而且中心频率大于500MHz的则被称为超宽带。从时域上讲，传统的通信技术和超宽带通信技术有所不同，普通系统对信号进行调制是通过发送射频载波来实现的，而超宽带通信技术是利用起、落点的时域脉冲(通常只有几十纳秒)直接实现调制。超宽带的信息传输是把调制信息的过程放在一个非常宽的频带上进行的，而且在这一过程中所持续的时间决定了带宽所占的带宽频率的范围。其特点是传输速度较快，系统容量大和抗干扰能力强，但相对来讲其耗电量仍然较大，硬件系统较为复杂
35、。1.4.5近距离无线传输(NFC) NFC（Near Field Communication，近距离无线传输）是由飞利浦，诺基亚和索尼主推的一种类似于非接触式射频识别技术（）的短距无线通信技术。其在20cm距离范围内工作于13.56MHz的频率范围，这一点和RFID技术不同，NFC技术采用了双向的识别和连接。NFC一开始仅仅是遥控识别和网络技术的合并，但随着技术的进步现在已一种无线连接技术，它的短距离交互则大大简化了整个识别和认证的过程，更直接、更安全和更清楚地使两个设备间互相访问，而不用再听到各种电子噪声。它能快速自动地建立无线网络，为蜂窝网络、蓝牙、Wi-Fi网络提供一个“虚拟链接”，使
36、电子设备可以在短距离范围进行方便快捷地通讯，有了NFC，多个设备如数码相机、智能手机、智能TV、电脑、平板电脑等之间的无线链接，互相进行数据的传输都将变得简单快捷。另外，NFC也可以帮助解决记忆多个密码的麻烦，其通过在单一设备上组合所有的身份识别应用和服务，同时又保证了数据的安全性，此外NFC还可以为它类型无线通讯(如Wi-Fi和蓝牙)提供中继服务，扩大其服务的范围，从而提供了更快和更远距离的数据传输服务。在每个电子设备中都有自己专用的应用菜单，而通过NFC技术，无需在众多接口的菜单中进行选择，即可以创建安全并且快速的连接，另外，NFC技术不需要像蓝牙技术那样要有对应的加密设备，因为他的通信范
37、围较小，所以在无需加密时就可作到较安全的通信 5张志强家庭网络技术标准及其在我国的发展策略研究J邮电规划，2004年第3期。1.4.6红外线数据通信IrDA（Infrared Data Association）是第一种实现无线个人局域网（PAN）的技术，它是一种利用红外线进行点对点通信的技术。IrDA成立于上个世纪90年代初，起初IrDA标准只能在一米范围内以100KB/S左右速率进行通信，后来逐步发展到 4Mb/s至16Mb/s的传输速率。其具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点，但目前来讲岁软它的软硬件技术都很成熟，其使用成本也较低，但在小型移动设备（如手机）的使用上已
38、经消失殆尽。此外，红外线发射角度较小，衰减快，传输距离短。事实上，它的短距传输的缺点注定它终将被淘汰。IrDA技术的不足恰恰在于它是一种超短距直线传输，只能是两个设备的传输口对口对准，且中间不能存在其他障碍物，故此技术只适用于两台设备间的通信。而ZigBee技术是利用2.4GHz进行通信的，所以不存在上述问题，况且IrDA目前也已经消失殆尽了。1.5 本文主要研究内容及创新1.5.1 本文主要研究内容随着我国经济和科技的迅猛发展，人们的生活水准越来提高，日常家居的环境更受到了人们的关注。近年来随着家庭装修时工业板材及其他有毒气体释放源的使用，室内的环境不容乐观。这就要求有各种有害气体监测功能的
39、家居环境监测系统介入，为我们营造一个安全健康的家居环境。此课题旨在设计出一款能够快速、实时、准确连续地测出空气中温湿度、一氧化碳、光照强度等的环境监测系统，使用基于ZigBee 短距无线通讯技术，环境信息采集模块与显示终端实现无线通信，省去了传统布线的麻烦。根据以上介绍，本文的主要研究如下：(1)ZigBee协议的介绍。主要介绍了ZigBee协议中各个部分的组成和数据结构，并对各层中的重点内容进行了详细的分析；(2)本文以无线传感网络为基础，以ZigBee技术纽带，详细设计出的家居环境监测系统中的两种节点-协调器节点（控制中心）和传感器节点。在协调器节点中，本文实现了电源、串口通信、PCB天线
40、等主要电路的设计；而在传感器节点中，由于其与协调器类似，故仅针对不同的环境信息，设计出了不同的传感模块；(4)本论文还设计了串口调试操作界面，可以方便用户的调试和使用，由此用户就可以实时的了解到家庭中个中环境信息的参数。1.5.2本文主要研究创新点本文利用ZigBee技术，以实现无线系统的组网，可以为家居环境提供多地点、多对象的监测，由于ZigBee技术的自组网性，在增加或减少监测终端时系统灵活性较大。同时此系统还省去了繁琐的有线系统布线对家居美观性的损害。终端通过显示器及数据上传到智能家居系统可以实时显示并控制空气净化器等为家居环境，实现健康家居。2. ZigBee技术综述ZigBee是一种
41、基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据此协议的规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的一种名叫Zig的舞蹈，由于通过持续不断地跳这种舞蹈来实现对新发现的食物或其他信息的传递，换句话说蜜蜂是依靠这样的通信方式来实现了一个通信网络，而每个个体则是网络中的一个节点。这样做的好处是不需要专门的通信蜜蜂，通过信息接力就完成了整个通信，从而实现了蜜蜂的低成本、低数据速率、自组织、低功耗、近距离、低复杂度等的信息传递方式。受蜜蜂的这种特殊的通信方式的启发，ZigBee技术的研究也主要是在低速率、低功耗通信领域进行应用，亦可以低成本地嵌入各种设备中组成庞
42、大的网络。总而言之ZigBee技术就是一种低功耗，低成本的无线网络通信技术6周游，方滨，王普基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统J自动化与仪器仪表，2005(9)：3740。2.1 ZigBee技术介绍ZigBee 技术主要用于低数据传输速率并且传输距离要求不是很远的各种通信设备之间。ZigBee的名字主要来源于蜜蜂通过跳 ZigZag形状的舞蹈来传递所发现的食物的位置、距离和方向等信息，一只一只的传递下去，此种技术与蜜蜂的这种通信方式相类似。ZigBee联盟则于2001年成立，而在2002年下半年，以及四大半导体公司共同宣布加盟ZigBee技术联盟，以研发名为“ZigBee”的新一代无
43、线通信标准，而在2006年作为中国通信行业龙头的华为公司亦加入了此联盟。截至目前，该联盟大约已有约27家成员企业，所有这些公司都参加了负责开发ZigBee协议物理层（PHY）和媒体控制层（MAC）技术标准的工作组。ZigBee联盟负责开发网络层及以上的协议。ZigBee协议则比蓝牙技术、高速率个人区域网或 802.11x无线局域网等技术更简单而实用。ZigBee使用的是波段，采用了跳频技术，这和蓝牙技术相似，可以说是同族兄弟了。但相比之下， ZigBee协议比蓝牙更简单、速率更慢、功率及费用也更低。ZigBee的基本速率是，而若当其速率降到时，传输半径可扩大到米，并可得到更低的功耗和更高的可靠
44、性。此外，单个ZigBee无线模块就可与254个节点互联，若网络中加入路由节点，则网络最大承载量可支持65535个节点设备互联。由于它的低延迟和低功耗性能优越性，所以在支持鼠标、键盘等电脑周边产品和家庭自动化仪器等低速率应用时可以比蓝牙做地更好，人们更希望能在无线玩具、传感器网络、家庭监控、工业监控和安全系统等众多领域拓展ZigBee的应用7中国智能家居网http：/wwwS。2.1.1 ZigBee技术特点ZigBee网络采用的是无线自组织网络技术，与蜜蜂的通信类似，网络中的各个节点间通信以一跳或多跳的形式自动建立网络。网络节点则以ZigBee协议为基础进行通信，与各种传统无线网络相比，其主要优点有以下几个方面:(1) 网络稳定性好。其设计的网络自己组织性能使网络各个节点在无需人工干预的情况下自己组网并实现数据传输的任务，当添加或去除网络中某个节点时，其余节点可以自行寻找其他节点替代中转信息，具有较强网络自愈能力；(2)成本低。由于ZigBee联盟已经有二十多家，他们的研发实力都很强，好多公司均已在二零零三年正式推出自己的ZigBee芯片，竞争较大，近年来应用于主机端的