《基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版21873.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版21873.docx（50页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、基于ZigBee技术的家居环境监测系统的设计与实现摘 要：环环境是人人们赖以以生存的的必要条条件，随随着现代代化信息息技术的的迅猛发发展和提提高，人人们对自自己的生生活环境境有了更更高的要要求，希希望自己己的生活活环境健健康、舒舒适。近近些年，特特别是人人类在信信息技术术上的快快速发展展，使得得各种无无线通信信技术有有了前所所未有的的突破，无无线技术术在智能能家居上上的应用用将越来来越广泛泛。因此此，本文文利用ZZigBBee技技术设计计出了这这种无线线家居环环境监测测系统。该该系统中中，传感感器节点点（即终端节节点）可可以选择择温度、湿湿度、亮亮度等传传感器，并并且可以以根据需需求添加加或减
2、少少传感器器节点。所所以本文文无线网网络终端端模块选选用的CCC25530芯芯片为平平台，以以实现信信息数据据的接收收与发送送。此芯芯片内置置80551内核核的单片片机内核核，并有有一定的的内存空空间，故故只要加加上些少少许外围围电路就就可以实实现功能能，无需需再加单单片机。在在数据接接收端（即即协调器器节点）收收到的数数据处理理传送到到PC机机上显示示。为了了让用户户方便监监测数据据，本文文在PCC机上设设计了显显示界面面，让人人们更加加方便操操作及监监测数据据。本系系统运行行可靠，能能正确获获取环境境数据，实实现实时时监测。关键词：ZZigBBee;无线传传感器网网络;环环境监测测;智能能
3、家居DesiggnaandReaalizzatiionofHouusehholddEnnvirronmmenttMonittoriingSysstemmBaaseddonnZiigBeeeTTechhnollogyyAbstrractt：Envviroonmeent is a nneceessaary conndittionn foor ssurvvivaal. Witth tthe rappidddeveeloppmennt aand impprovvemeent of moddernn innforrmattionn teechnnoloogy, peeoplle hhavee hiigh
4、eer rrequuireemennts forr thheirr liivinng eenviironnmennt. Theey hhopee thhey livve hheallthiily andd coomfoortaablyy. DDuriing reccentt yeearss, eespeeciaallyy thhe qquicck ddeveeloppmennt oof iinfoormaatioon ttechhnollogyy whhichh ennablles alll kiindss off wiirellesss coommuuniccatiion tecchnool
5、oggy tto iimprrovee unnpreeceddenttedlly. So,thee thhesiis uutillizees ZZigBBee tecchnoologgy tto eexplloitt annd ddesiign thee wiirellesss hoome envviroonmeentaal mmoniitorringg syysteem. In thee syysteem, thee seensoor nnodee(ass weell as terrminnal nodde) cann chhoosse ttempperaaturre, hummidiity
6、, brrighhtneess etcc. TTherrefoore, thhe wwireelesss nnetwworkk teermiinall moodulle oof tthe theesiss chhoosse tthe CC225300 chhip as thee pllatfformm foor rrealliziing recceivvingg annd ssenddingg off thhe iinfoormaatioon ddataa. TThe chiip hhas a ssinggle chiip wwithh 80051 corre aand hass ceerta
7、ain memmoryy sppacee. TThuss, iit ccan reaalizze iits funnctiion by adddingg a litttlee peerippherral cirrcuiit wwithhoutt exxtraa siinglle cchipp. TThe recceivved datta pproccesssingg inn thhe ddataa reeceiivinng ttermminaal(tthatt iss cooorddinaatorr noode) seend to PC forr peeoplless reeal-timme
8、mmoniitorringg. TThe theesiss deesiggnedd thhe ddispplayy innterrfacce iin PPC ffor peooplees opeerattionn annd ddataa moonittoriing connvennienntlyy.Thhe ssysttem worrks relliabbly whiich cann obbtaiin ccorrrectt ennvirronmmenttal datta aand reaalizze rreall tiime monnitoorinng.Keywoordss： ZiigBeee
9、;Wirreleess sennsorr neetwoorkss; ennvirronmmenttal monnitoorinng; smmartt hoome目录前言1第1章 绪论221.1 本文的的研究背背景21.2 智能家家居环境境监测系系统的特特点21.3 本文主主要研究究内容331.4 开发发工具及及开发环环境的介介绍31.4.11 系系统软件件开发环环境介绍绍41.4.22 上上位机软软件开发发环境介介绍5第2章 ZiggBeee技术的的概述772.1 ZiggBeee技术的的概念772.2 ZiggBeee技术的的特点882.3 ZiggBeee网络设设备组成成和网络络结构882
10、.4 ZiggBeee的协议议分析1102.4.11 网网络层（NNWK）102.4.22 应应用层（AAPP）112.5 本章小小结122第3章 系统的的总体设设计1333.1 系统结结构1333.2 系统功功能定义义133.3 系统设设计要求求153.4 本章小小结155第4章 系统的的硬件设设计1664.1 ZiggBeee硬件选选型1664.2 节点硬硬件设计计184.3 本章小小结211第5章 系统的的软件设设计及实实现2225.1 软件部部分总体体介绍2225.1.11 软软件设计计整体流流程2225.1.22 协协调器的的自动组组网流程程225.2 协调器器节点软软件实现现255
11、.3 传感器器节点软软件设计计275.4 本章小小结288第6章 上位机机软件实实现及测测试2996.1 上位机机软件实实现2996.2 软件测测试3006.3 本章小小结322结束语333参考文献334致谢35前言自人类诞生生以来，人人们一直直都在努努力改善善和提高高着自己己的生活活和居住住条件。随随着工业业革命和和信息技技术革命命的成功功，进入入21世世纪后，人人类的各各种技术术包括通通信技术术、计算算机网络络、控制制理论、互互联网等等都有了了很大的的发展，另另外，经经济的发发展也使使我们都都希望居居住在一一个舒适适的家居居环境中中，只有有这样我我们的生生活才会会更好，身身体才会会健康。由
12、由于人们们又了这这种想法法，由此此智能家家居(SSmarrt HHomee)11系统统也就越越来越多多的被人人们所重重视了。研研究人员员希望能能通过这这种新的的技术将将家居中中各种智智能化的的设备、家家用电器器和家庭庭安防设设备等整整合一个个智能化化的系统统上进行行资源共共享、分分析、控控制和管管理这些些设备，控控制这些些设备来来对家居居中的环环境参数数符合人人们舒适适居住使使用的要要求，营营造一个个良好的的环境2，从从而可使使用户能能够居住住在一个个更高要要求的环环境中。本文研究设设计了一一种智能能家居环环境监测测子系统统，实现现对家庭庭环境的的实时监监测，实实时为用用户提供供可靠并并且全面
13、面的环境境信息。智智能家居居系统中中一个非非常重要要的部分分就是本本文所研研究的环环境监测测子系统统。在这这个系统统中，人人们可以以获得实实时的居居住环境境信息，如如温度和和湿度、各各种有害害气体的的浓度、光光照强度度、火灾灾信息等等。同时时，此系系统中传传感器所所得到的的环境参参数可以以为其它它家居设设备做决决策参考考，最终终由智能能家居系系统实现现对家庭庭环境的的智能调调节，比比如，当当测量到到的光照照强度高高于用户户设定的的一定值值的时候候，系统统就将启启动自动动窗帘系系统的马马达，自自动将窗窗帘关到到一定程程度，以以降低室室内的光光强度，适适合居住住；又如如，当温温度值偏偏低时，系系统
14、就将将启动空空调设备备进行工工作，来来增高室室内温度度。因此此，智能能家居系系统为用用户提供供了安全全、舒适适、便捷捷生活的的环境，从从而使环环境监测测子系统统成为了了智能家家居系统统的一个个非常重重要关键键部分与与基本环环节，能能否拥有有一个好好的智能能家居系系统的关关键在于于能否设设计出好好环境监监测子系系统，这这对改善善人们生生活环境境的舒适适度具有有非常重重要的意意义。第1章 绪论1.1 本文的的研究背背景随着计算机机软硬件件技术、网网络技术术和工业业综合自自动化系系统整合合水平的的不断发发展，对对监控数数据传输输的实时时性、数数据接口口的开放放性以及及数据链链接的安安全性的的要求越越
15、来越高高，有线线控制网网络的局局限性也也越来越越突出，无无线的优优势也越越来越明明显。其其中ZiigBeee短程程无线网网技术以以其数据据传输安安全可靠靠、组网网简易灵灵活、设设备成本本低、电电池寿命命长等优优势，在在工业控控制领域域中展现现了深厚厚的发展展潜力2。将设备数据据采集之之后再通通过无线线ZiggBeee网络进进行传输输是ZiigBeee技术术在工业业现场环环境中的的一种应应用，这这种新兴兴的技术术必将给给工厂现现代化注注入新的的活力。传统的工业业数据采采集与控控制系统统，其数数据传输输一般以以工业控控制总线线作为介介质，以以致大都都局限于于本地的的近距离离范围之之内应用用。随着着
16、国民经经济发展展，企业业及机构构的管理理规模不不断扩大大，其需需要管理理与控制制的对象象更趋多多样性，甚甚至具有有流动性性，分布布的范围围也涉及及到不同同的地域域。为了了对这些些分散的的对象进进行有效效的集中中管理，对对远程及及移动数数据采集集与控制制的需求求也就日日益迫切切3-4。ZigBeee技术术填补了了低成本本、低功功耗和低低速率无无线通信信市场的的空白，其其使用的的便捷性性是该技技术成功功的关键键，它适适用于短短距离小小范围的的基于无无线通信信的控制制领域，必必将在工工业自动动化等领领域得到到广泛的的应用5。数据采集技技术已经经相对成成熟，将将它重新新构建于于ZiggBeee网络平平
17、台之上上，将成成熟技术术的稳定定性和新新技术的的便捷性性充分结结合起来来，这种种结合对对于工业业现场十十分必要要。减少少了在某某些场所所有线网网络布线线以及工工人人工工采集数数据的不不便，同同时可以以方便的的于各种种传感器器搭配用用于不同同的场合合6。 1.2 智能家家居环境境监测系系统的特特点无线环境监监测系统统拥有全全面、可可靠的环环境信息息采集分分析能力力。为了了实现环环境信息息监测的的精确性性、全面面性并且且方便使使用，本本文的环环境监测测系统应应具有以以下各种种特点：(1)多对对象监测测环境监测系系统需要要检测多多种环境境信息，如如：温度度、湿度度、有害害气体浓浓度、光光照强度度等。
18、这这样才能能为用户户提供全全面的环环境信息息参考。(2)多点点监测需要对同一一环境参参数在不不同地点点和不同同时间分分别进行行测量，这这是因为为环境中中各种环环境信息息不同的的时间和和空间上上分布不不具有均均匀性，由由此实现现监测的的全面性性和高精精度性，甚甚至有时时需要对对同一环环境参数数在多点点进行测测量。(3)系统统灵活当有新的环环境参数数被要求求测量时时，系统统的可扩扩展性要要求灵活活，方便便增加节节点，以以降低成成本。1.3 本文主主要研究究内容随着我国经经济和科科技的迅迅猛发展展，人们们的生活活水准越越来提高高，日常常家居的的环境更更受到了了人们的的关注。近年来来随着家家庭装修修时
19、工业业板材及及其他有有毒气体体释放源源的使用用，室内内的环境境不容乐乐观。这这就要求求有各种种有害气气体监测测功能的的家居环环境监测测系统介介入，为为我们营营造一个个安全健健康的家家居环境境。此课题旨在在设计出出一款能能够快速速、实时时、准确确连续地地测出空空气中温温湿度、一一氧化碳碳、光照照强度等等的环境境监测系系统，使使用基于于ZiggBeee 短距距无线通通讯技术术，环境境信息采采集模块块与显示示终端实实现无线线通信，省省去了传传统布线线的麻烦烦。根据以上介介绍，本本文的主主要研究究如下：(1)ZiigBeee协议议的介绍绍。主要要介绍了了ZiggBeee协议中中各个部部分的组组成和数数
20、据结构构，并对对各层中中的重点点内容进进行了详详细的分分析；(2)本文文以无线线传感网网络为基基础，以以ZiggBeee技术纽纽带，详详细设计计出的家家居环境境监测系系统中的的两种节节点-协调器器节点（控控制中心心）和传传感器节节点。在在协调器器节点中中，本文文实现了了电源、串串口通信信、PCCB天线线等主要要电路的的设计；而在传传感器节节点中，由由于其与与协调器器类似，故故仅针对对不同的的环境信信息，设设计出了了不同的的传感模模块；(3)本论论文还设设计了串串口调试试操作界界面，可可以方便便用户的的调试和和使用，由由此用户户就可以以实时的的了解到到家庭中中个中环环境信息息的参数数。1.4 开
21、发发工具及及开发环环境的介介绍1.4.11 系系统软件件开发环环境介绍绍IAR EEmbeeddeed WWorkkbennch(简称 EW)的C/C+交叉编编译器和和调试器器是目前前为止是是业界较较易使用用和较完完整的的的专业嵌嵌入式应应用开发发工具。EEW 对对不同的的微处理理器提供供了统一一的直观观用户界界面。EEW 今今天已经经可以支支持355种以上上的8位/166位/322位的各各种微处处理器结结构。EW包括：嵌入式式C/CC+优优化编译译器，编编辑器，连连接定位位器，汇汇编器，库库管理员员，C-SPYY 调试试器中和和项目管管理器。使使用IAAR的编编译器可可以得到到较紧凑凑简介的
22、的代码，从从而节省省硬件资资源，最最终得以以最大限限度地降降低产品品的成本本，从而而以提高高产品的的竞争力力。EW80551 目目前是IIAR公公司发展展较快的的产品，EW8051 已经发展到了8系列版本，并且在同类产品中具有明显价格优势。其编译器可以对一些SOC 芯片进行专门的优化. 如Atmel,TI,ST,Philips。除了EW MCS-51标准版外，IAR 公司还专门为ARM、MP430等微处理器开发出专门的版本，方便了不同客户的需求。IAR System是嵌入式领域唯一能够提供这种解决方案的公司。EW支持35种以上的8位/16位/32位的微处理器结构。它配合TI公司的仿真器可以直接
23、将程序下载到CC2530中7。IAR EEmbeeddeed WWorkkbennch集集成的编编译器主主要产品品特征： 完全兼兼容标准准C语言言。 内建对对应芯片片的程序序速度和和大小优优化器。 高效PPRO Mabble 代码。 目标特特性扩充充。 瓶颈性性能分析析。 高效浮浮点支持持。 便捷的的中断处处理和模模拟。 工程中中相对路路径支持持。 版本控控制和扩扩展工具具支持良良好。 内存模模式选择择。本文使用的的是IAAR EEW 88.100的版本本的软件件，其与与Winndowws XXP系统统的兼容容性很好好，在国国内研究究CC22X300系列芯芯片的人人应用此此软件较较多。图1-1
24、为为IARR Emmbedddedd Woorkbbencch 88.100的软件件界面。图1-1 IAAR软件件界面1.4.22 上上位机软软件开发发环境介介绍Qt是一个个跨平台台的C+图形形用户界界面库，有有挪威TTrolllTeech公公司开发发，目前前包括QQt/XX11、基基于Frrameebuffferr的Qt/Embbeddded、快快速开发发工具QQt DDesiigneer以及及国际化化工具QQt LLingguisst等。人人们所熟熟知的LLinuux下面面的KDDE环境境就是基基于Qtt开发而而成的。QQt支持持Uniix和LLinuux系统统以及WWinddowss系统
25、。Qt的主要要特点有有：面向向对象，很很容易扩扩展，并并且允许许真正的的组件编编程；QQt对各各个模块块进行了了良好的的封装，使使各模块块可重用用性较好好；优良良的跨平平台特性性，使用用Qt类类编写的的程序可可以实现现“一次编编码，到到处编译译”，极大大的降低低了跨平平台开发发的难度度；构件件支持，对对于对象象间通信信Qt没没有采用用函数回回调的方方法，而而是采用用了一种种全新并并且可选选的被称称为“信号与与槽”的对象象间通信信机制，通通过一个个对象信信号的发发射，另另一个槽槽函数的的响应，使使各个对对象之间间的通信信安全而而且高效效。Qtt的这些些特点使使它非常常适合于于真正的的构件编编程，
26、同同时使各各个组件件之间的的协同工工作变得得十分简简单，并并且Qtt是直接接基于XXlibb的，不不依赖MMotiif工具具包，所所以它的的执行效效率比一一般的基基于平台台的代码码的执行行效率要要高。图1-2为为Qt的的软件界界面图1-2 Qt软软件界面面第2章 ZiggBeee技术的的概述2.1 ZiggBeee技术的的概念ZigBeee是一一种基于于IEEEE8002.115.44标准的的低功耗耗个域网网协议，根根据此协协议的规规定，ZZigBBee技技术是一一种短距距离、低低功耗的的无线通通信技术术。这一一名称来来源于蜜蜜蜂的一一种名叫叫Zigg的舞蹈蹈，由于于通过持持续不断断地跳这这种
27、舞蹈蹈来实现现对新发发现的食食物或其其他信息息的传递递，换句句话说蜜蜜蜂是依依靠这样样的通信信方式来来实现了了一个通通信网络络，而每每个个体体则是网网络中的的一个节节点。这这样做的的好处是是不需要要专门的的通信蜜蜜蜂，通通过信息息接力就就完成了了整个通通信，从从而实现现了蜜蜂蜂的低成成本、低低数据速速率、自自组织、低低功耗、近近距离、低低复杂度度等的信信息传递递方式。受受蜜蜂的的这种特特殊的通通信方式式的启发发，ZiigBeee技术术的研究究也主要要是在低低速率、低低功耗通通信领域域进行应应用，亦亦可以低低成本地地嵌入各各种设备备中组成成庞大的的网络。总总而言之之ZiggBeee技术就就是一种
28、种低功耗耗，低成成本的无无线网络络通信技技术88。ZigBeee 技技术主要要用于低低数据传传输速率率并且传传输距离离要求不不是很远远的各种种通信设设备之间间。ZiigBeee联盟盟则于220011年成立立，而在在20002年下下半年，IInveensyys、MMitssubiishii、Mootorrolaa以及PPhillipss四大半半导体公公司共同同宣布加加盟ZiigBeee技术术联盟，以以研发名名为“ZiggBeee”的新一一代无线线通信标标准，而而在20006年年作为中中国通信信行业龙龙头的华华为公司司亦加入入了此联联盟。截截至目前前，该联联盟大约约已有约约27家家成员企企业，所所
29、有这些些公司都都参加了了负责开开发ZiigBeee协议议物理层层（PHHY）和和媒体控控制层（MMAC）技技术标准准的IEEEE 8022.155.4工工作组。ZZigBBee联联盟负责责开发网网络层及及以上的的协议。ZZigBBee协协议则比比蓝牙技技术、高高速率个个人区域域网或 8022.111x无线线局域网网等技术术更简单单而实用用。ZiigBeee使用用的是22.4GGHz波波段，采采用了跳跳频技术术，这和和蓝牙技技术相似似，可以以说是同同族兄弟弟了。但但相比之之下 ZZigBBee协协议比蓝蓝牙更简简单、速速率更慢慢、功率率及费用用也更低低。ZiigBeee的基基本速率率是2550k
30、bb/s，而而若当其其速率降降到288kb/s时，传传输半径径可扩大大到1334米，并并可得到到更低的的功耗和和更高的的可靠性性。此外外，单个个ZiggBeee无线模模块就可可与2554个节节点互联联，若网网络中加加入路由由节点，则则网络最最大承载载量可支支持6555355个节点点设备互互联。由由于它的的低延迟迟和低功功耗性能能优越性性，所以以在支持持鼠标、键键盘等电电脑周边边产品和和家庭自自动化仪仪器等低低速率应应用时可可以比蓝蓝牙做地地更好，人人们更希希望能在在无线玩玩具、传传感器网网络、家家庭监控控、工业业监控和和安全系系统等众众多领域域拓展ZZigBBee的的应用9。2.2 ZiggB
31、eee技术的的特点ZigBeee网络络采用的的是无线线自组织织网络技技术，与与蜜蜂的的通信类类似，网网络中的的各个节节点间通通信以一一跳或多多跳的形形式自动动建立网网络。网网络节点点则以ZZigBBee协协议为基基础进行行通信，与与各种传传统无线线网络相相比，其其主要优优点有以以下几个个方面:(1) 网网络稳定定性好。其其设计的的网络自自己组织织性能使使网络各各个节点点在无需需人工干干预的情情况下自自己组网网并实现现数据传传输的任任务，当当添加或或去除网网络中某某个节点点时，其其余节点点可以自自行寻找找其他节节点替代代中转信信息，具具有较强强网络自自愈能力力。(2)成本本低。由由于ZiigBe
32、ee联盟盟已经有有二十多多家，他他们的研研发实力力都很强强，好多多公司均均已在220033年正式式推出自自己的ZZigBBee芯芯片，竞竞争较大大，近年年来应用用于主机机端的芯芯片成本本将会比比蓝牙等等模块更更具价格格上的优优势；另另外，因因为ZiigBeee技术术的速率率要求低低，协议议内容简简单，从从而节省省了开发发的成本本，目前前常州市场场CC22XX00等芯片片的零售售价格在在2030元元之间不不等。(3)功耗耗低。它它的超低低功耗也也使得在在应用中中三节11.5vv干电池池即可使使用6个个月至22年的时时间，这这也是ZZigBBee的的最大的的一个优优势。(4)网络络容量大大。每个个
33、ZiggBeee设备可可以与另另外2554台节节点设备备相连接接，而加加入路由由节点的的ZiggBeee网络最最多可容容纳多达达65，0000多多个节点点的网络络。(5) 数数据传输输速率低低。只有有10kkb/ss2550kbb/s，符符合本设设计需求求。(6)工作作频段灵灵活。使使用的频频段中22.4GGHz全全世界通通用，欧欧洲使用用8688MHzz，美国国则使用用9155MHzz频段，但但这些均均是免申申请频段段，可以以直接使使用。(7)网络络延迟时时间短。活活动设备备信道接接入延时时和休眠眠激活延延时均仅仅为155ms，而而搜索设设备延时时时间达达到110。2.3 ZiggBeee网
34、络设设备组成成和网络络结构根据ZiggBeee联盟所所设定的的技术标标准，按按功能分分其网络络设备划划分为三三种：ZZigBBee协协调器(ZiggBeee Cooorddinaatorr)，ZZigBBee路路由器(ZiggBeee Roouteer)，ZZig,Beee终端设设备(ZZigBBee Endd Deevicce)。他他们的功功能分别别如下：(1) ZZigBBee协协调器(ZiggBeee Cooorddinaatorr)：它它是个全全功能的的设备，包包含所有有的网络络功能，是是3种设设备中功功能最全全面亦最最复杂的的一种，特特点是计计算能力力强、存存储量大大。它的的作用是是
35、发送网网络信标标、建立立并且管管理一个个网络及及网络节节点、存存储节点点信息并并且不断断地接收收下级节节点所发发来的信信息。(2) ZZigBBee路路由器(ZiggBeee Roouteer)：它也是是全功能能设备在在加入网网络后，协协调器就就会分配配给它一一定量的的十六位位地址空空间，再再由其分分别分配配给下级级节点使使用，方方便每个个节点接接入或离离开网络络，具有有数据转转发及路路由之功功能。(3) ZZigBBee终终端设备备(ZiigBeee EEnd Devvicee)：其其一般的的简化的的功能设设备。只只能自己己的与上上一级如如协调器器或路由由器之间间通信，包包括获取取网络地地址
36、等。 在ZigBBee协协议规范范中，组组网时有有三种网网络拓扑扑结构可可供选择择：星型型结构(Staar)，网网状结构构(Meesh)和簇树树型结构构(CllustterTTreee)，图图2-11所示。星状（start）网状（Mesh）簇状（Cluster）协调器路由器终端设备图2-1 ZiggBeee网络拓拓扑结构构图在星状结构构中无论论是路由由器或终终端设备备都是直直接与协协调器进进行通信信，而ZZigBBee协协调器则则负责运运作与维维护着整整个网络络；在簇簇状和网网状网络络结构中中，协调调器负责责初始化化和建立立网络的的操作，而而路由器器则对网网络进行行扩展，终终端设备备的信息息由
37、路由由器进行行转发,只不过过在簇状状结构中中终端间间的信息息交换只只能通过过一级级级向上传传递到协协调器，再再由协调调器将信信息分发发下去11。2.4 ZiggBeee的协议议分析2.4.11 网网络层（NNWK）ZigBeee网络络层的主主要功能能就是确确保ZiigBeee的MMAC层层(IEEEE 8022.155.4)正常工工作，同同时定义义了一些些必须的的函数，并并且为应应用层提提供适合合的服务务接口。网网络层提提供了两两个必须须的功能能服务实实体来向向应用层层提供服服务接口口，它们们分别是是管理服服务实体体和数据据服务实实体。通通过网络络层数据据服务实实体服务务接入点点（NLLDE-
38、SAPP），网网络层的的数据实实体（NNLDEE）得以以提供数数据传输输服务；网络层层管理实实体(NNLMEE)与之之不同，它它是通过过网络层层管理实实它体服服务接入入点(NNLMEE-SAAP)来来提供网网络管理理服务的的。网络络层管理理实体则则是利用用网络层层数据实实体完成成一些网网络的管管理工作作，并且且网络信信息库(NIBB)理是是网络层层管理实实体完成成的。1、网络层层数据实实体（NNLDEE） 网络层数据据实体为为数据提提供服务务，在两两个或多多的设备备之间进进行数据据传送任任务时，则则是按照照应用协协议数据据单元(APDDU)的的格式进进行传送送的，并并且所有有的这些些设备必必须
39、是在在同一个个网络中中，即要要求在同同一个个个域网中中。网络层数据据实体提提供的服服务如下下三项：(1) 指指定拓扑扑传输路路由，网网络层数数据实体体发送一一个网络络层的协协议数据据单元到到一个合合适的接接受设备备，此设设备可能能是一个个在通信信链路中中的中间间通信设设备，也也可能是是最终的的目的通通信设备备。(2) 生生成网络络层的协协议数据据单元(NPDDU)：通过增增加一个个适当的的协议头头，网络络层数据据实体从从应用支支持层协协议数据据单元中中生成网网络层的的协议数数据单元元。(3) 安安全：确确保通信信的机密密性和真真实性。 2、网络络层管理理实体（NNLMEE）络层管理实实体允许许
40、应用与与堆栈相相互作用用，并且且提供网网络管理理服务。网网络层管管理实体体提供了了以下的的几种服服务：(1) 配配置一个个新的设设备：设设备应具具有足够够的堆栈栈来保证证其正常常工作的的需要，并并且满足足配置的的需要。配配置选项项包括对对连接一一个现有有网络设设备或一一个ZiigBeee协调调器的初初始化的的操作。(2) 初初始化一一个网络络：使设设备有能能力建立立一个新新的网络络。(3) 连连接和断断开网络络。要求求设备具具有断开开网络的的能力和和具有连连接一个个新的网网络的能能力，以以建立一一个ZiigBeee协调调器或者者路由器器。(4) 邻邻居设备备发现：需要具具有发现现、汇报报和记录
41、录相邻设设备信息息的能力力。(5) 寻寻址：ZZigBBee协协调器和和路由器器具有分分配地址址给新加加入网络络的设备备的能力力。(6) 路路由发现现：具有有发现并并且记录录传送信信息的网网络路由由的能力力。(7) 接接收控制制：具有有控制设设备是否否处于接接收状态态的能力力，即控控制接收收机接收收信息时时间的长长短和什什么时候候来接收收信息，以以此来保保证MAAC层的的正常接接收和同同步等。2.4.22 应应用层（AAPP）应用层主要要由用户户根据具具体的应应用进行行自我开开发，用用以维持持节点的的各种功功能，发发现此节节点工作作空间范范围内其其他节点点的工作作，再根根据服务务的需求求为各个
42、个不同的的节点提提供通信信服务。ZZigBBee应应用层有有三个不不同的部部分分别别是：应应用支持持 (AAppllicaatioon SSuppportt Suub1aayerr，简称称APSS)子层层、ZiigBeee设备备对象 (ZiigBeee DDeviice Objjectt，简称称ZDOO)和制制造商定定义的应应用对象象。1、应用支支持子层层APS层提提供了这这样的接接口：在在NWKK层和AAPL层层间，从从设备对对象到供供应商的的应用对对象的通通用服务务集。这这服务由由两个实实体得以以实现：APSS管理实实体(AAPSDDE)和和APSS数据实实体APPSDEE。(1) AAP
43、SMME通过过APSSME服服务接入入点(AAPSMME-SSAP)；(2) AAPSDDE通过过APSSDE服服务接入入点(AAPSDDE-SSAP)。APSDEE提供了了多种服服务给应应用对象象，维护护管理对对象的数数据库，也也就是我我们常说说的AIIB，同同时这些些服务包包括绑定定设备和和安全服服务。APSDEE则提供供在同一一个网络络中的两两个或多多个应用用实体间间进行数数据通信信的服务务。2、应用层层框架为存在ZiigBeee设备备中的应应用对象象提供活活动的环环境的是是ZiggBeee中的应应用框架架。其最最多可以以定义2240个个较为独独立的应应用程序序对象，任任意一个个对象的的
44、端点编编号都是是从1到到2400。另外外还有两两个附加加的节点点终端为为了APPSDEE-SAAP的使使用：端端点号00专门应应用于ZZDO数数据接口口；而另另外一端端的端点点号2555则专专门应用用于所有有应用对对象广播播数据的的数据接接口；最最后，端端点2441-2254则则是要保保留给有有需要扩扩展的时时候使用用的。3、ZiggBeee设备对对象ZigBeee设备备对象(ZDOO)，描描述了一一个基本本的功能能函数，这这个函数数为在应应用对象象、设备备proofille和AAPS之之间提供供了一个个接口。ZZDO位位于应用用支持子子层和应应用框架架之间，在在ZiggBeee协议栈栈中应用
45、用操作的的一般需需求它有有所满足足。ZDDO还有有以下作作用：(1)初始始化安全全服务规规范(SSSS)，应用用支持子子层(AAPS)和网络络层(NNWK)。(2)从终终端的应应用中集集合配置置的信息息来执行行和确定定发现、网网络管理理、绑定定管理，以以及安全全管理等等作用。ZDO描述述了应用用框架层层的应用用对象的的网络功功能和应应用对象象的公用用接口用用以控制制设备。在在终端节节点0处处, ZZDO则则提供了了与协议议栈中低低一层进进行连接接的接口口，若接接受的是是数据，则则通过AAPSMME-SSAP接接入点，而而若是控控制信息息则通过过APSSME-SAPP的接入入点。ZZDO公公用接
46、口口则在ZZigBBee协协议栈的的应用框框架中提提供设备备发现、绑绑定、以以及安全全等各种种功能的的地址管管理服务务。ZigBeee设备备对象的的主要功功能如下下：(1)初始始化网络络层、应应用支持持子层和和安全服服务层；(2)发起起或响应应绑定请请求；(3)在网网络内部部发现设设备，并并且确定定为此发发现的设设备提供供的应用用服务种种类；(4)定义义设备在在网络中中的各种种角色，如如，终端端设备、路路由器或或协调器器；(5)从终终端的应应用来收收集各个个配置信信息来确确定和执执行发现现管理、网网络管理理、安全全管理和和绑定管管理等；(6)在网网内各个个设备之之间建立立起安全全又可靠靠的关系
47、系。2.5 本章小小结本章对ZiigBeee技术术进行了了主要讨讨论。首首先对ZZigBBee技技术进行行了概述述，其次次简单介介绍了ZZigBBee技技术的各各种特点点及网络络拓扑图图，最后后对ZiigBeee的协协议，MMAC层层，还有有网络层层和应用用层的各各主要功功能都进进行了介介绍，为为下面的的研究工工作提供供了有力力基础。特特别对最最后在程程序设计计时起了了很大的的作用。第3章 系统的的总体设设计3.1 系统结结构本论文是基基于ZiigBeee技术术的无线线传感器器网络环环境监测测系统，所所以根据据ZiggBeee技术的的标准和和特点设设计了由由多传感感器节点点，协调调器节点点和PCC组成的的该系统统。其中中，传感感器节点点通过ZZigBBee无无线技术术与协调调器进行行信息的的交换，协协调器则则通过串串口RSS-2332与PPC进行行相连通通信。本本文设计计的系统统结构如如图3-1所示示P