环境空气质量监测系统中中心节点设计

0摘 要随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大，ZigBee 技术在近年来得到了快速的发展。由于 ZigBee 技术具有低功耗、成本低、低速率、近距离和网络容量大等特点，使得其得到了广泛的应用，具有十分广阔的研究前景。ZigBee 协议符合 OSI 体系结构，ZigBee 网络分为 4 层，从下向上分别为物理层（PHL ）、媒体访问控制层（MAC）、网络层（NWK）和应用层（APL），ZigBee 的最底层物理层和 MAC 层使用 IEEE802.15.4 协议。 ZigBee 网络包含两种功能类型设备：全功能设备中心节点和精简功能设备子节点，包含三种类型的节点，即协调器 ZC、路由器 ZR 和终端设备 ZE，支持星状网，树状网和网状网三种网络拓扑结构，分为信标和非信标两种工作模式。本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，提出了基于 ZigBee 协议的无线测温网络中中心节点模块的设计方案。方案中使用 STC12A32S2 微控制芯片和CC2530 无线模块搭建了一个基于 ZigBee 技术的中心节点全功能模块，该模块通过DS3231 进行精确的定时，并且采用无线数传模块与上位机通信。中心节点在网络中充当中心节点和协调器的作用，负责向终端节点查询温度的信息，然后反馈给计算机，达到无线测温的目的。关键词：无线传感网络； ZigBee；CC2530；温度；湿度；1AbstractRecently ZigBee is developing at a high speed because the application demand on low-rate wireless personal area network is increasing. ZigBee technology has been widely applied in life as it has the following key features：low power，low cost，low data rate，short distance and large network capacity. It has very broad prospects for research. According to the Open System Interconnection（OSI ）reference model，ZigBee network is divided into 4 layers, respectively, from the bottom to up is physical layer (PHL), media access control layer (MAC), network layer (NWK) and application layer (APL).The IEEE802.15.4 defines the two low layers：physical layer (PHL), media access control layer (MAC);the network layer (NWK) and application layer (APL) are defined by ZigBee Alliance. Each layer provides data to its upper or management services. ZigBee application layer is composed by the application support layer (APS), ZigBee device object (ZDO) and manufacturer-defined application objects.ZigBee network contains two kinds of function devices：full function device（FDD）and reduced function device（子节点），three kinds of nodes：ZigBee Cooridnator（ZC），ZigBee Router（ZR） and ZigBee End device（ZE），supports three kinds of network topology：Star network，Cluster tree network and mesh network；supports two kinds of working mode：beacon mode and non-beacon mode.Through the analysis of wireless sensor and its network protocol,a method is proposed for temperature measurement based on ZigBee protocol wireless network 中心节点 module design.The program is the use of STC12A32S2 microchip and CC2530 radio-chip to built a full function device based on ZigBee technology. The module producing precise timing with the DS3231 and using wireless data transmission module communicate with computer. 中心节点 act as central node and the coordinator role in the network，responsible for the temperature to the terminal node information queries, and then back to the computer so as to achieve the purpose of the wireless measuring temperature.Keywords: Wireless Sensor Network; ZigBee;CC2530;Temperature;Humidity2目 录Abstract .3引言 .5第 1 章 绪论 .61.1 课题背景 .61.2 国内外研究现状 .61.3 课题研究的目的和意义 .7第 2 章 ZigBee 协议及其网络结构 .72.1 ZigBee 网络结构概述 .72.2 ZigBee 协议 .72.3 系统架构 .8第 3 章 系统硬件电路的实现 .93.1 ZigBee 系统的总体结构 .93.2 方案实现总框图 .103.3 SZ05-ZBEE 嵌入式无线通信模块 .103.4 PC 机接口电路 .133.5 温湿度数字传感器 .133.6 光照传感器 .14第 4 章 系统软件的实现 .144.1 总流程图 .144.2 子程序模块分析 .154.2.1 初始化子程序段 .154.2.2 外部中断子程序 .154.2.3 串行中断 1 子程序 .164.2.4 串行中断 2 子程序 .174.3 系统软件对功耗的影响 .18第 5 章 系统性能测试 .195.1 通信距离测试 .195.2 数据传输速率测试 .20第 6 章 结论与展望 .216.1 结论 .216.2 展望 .21参考文献 .23附录 A 无线测温网络中中心节点模块的原理图 .24附录 B 无线测温网络中中心节点模块的 PCB .25附录 C 源程序 .263引言近年来，智能家居、无线通信、无线控制、无线定位、无线组网等词语的不断映入人们眼帘。由于IT 产业的迅速发展、网络的普及、家居用具的智能化以及单片机具有强有力的功能，使得它逐渐来到人们身边，进入我们的日常生活。日益相关的知识报道足以预测这类新技术一定具有很强大的生命力和广阔市场前景。ZigBee从开始的设计阶段就重点考虑了功耗的问题，大多的中心节点都是由电池供电。ZigBee技术的工作周期短，收发信息功耗低，休眠模式等方法降低了传感器网络节点的功耗，减少了ZigBee网络的成本。除了省电的优点外，Zighee 技术也非常可靠。同时，ZigBee技术的成本较低，ZigBee 通信协议免专利费；时延短，优化了时延敏感部分的应用；网络容量较大，一个ZigBee网路最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域最多可同时存在100多个ZigBee网络；ZigBee的功能包括检查数据完整性 1。本设计在ZigBee协议的基础上，提出了中心节点设计方案，完成了设计硬件电路和程序编写，最后完成了对整个网络系统的测试和数据分析。4第 1 章 绪论无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一类特殊Ad-hoc网络，由众多无线传感器的节点组织在一起的，这些小型的节点具有无线通讯、数据采集和协同合作的能力，可以用于电源供给和布线困难或工作人员不能到达指定的区域(如受到污染大、环境不能被破坏或敌对的区域)和一些临时的场合等等 2。无线传感器的网络节点可以随机的或者特定的安放在目标环境中，它们之间的通讯通过对特定的协议组织起来，就能获得周围环境的相关信息并且相互协同工作以完成特定任务。在军事国防、抢险救灾、农业、环境监控、城市管理等许多重要场合都有很大潜在的使用价值，具有十分广阔的市场前景和应用前景。开发无线传感器网络采用的协议取决网络具体应用范围。ZigBee协议是为安全系统、家庭控制、建筑自动化等方面设计的一种无线传感器网络协议。本文将分析ZigBee协议的结构并基于 ZigBee协议实现一种温湿度、光照传感器网络系统。1.1 课题背景随着当今社会的迅速发展，人们对通信技术的要求正在不断提升，无线通信网络技术在其中扮演着的角色越来越重要。无线通信网络技术按照传输的范围来划分，可以分为无线城域网(WMAN) ，无线广域网(WSN) ，无线局域网(WLAN)和无线个人域网(WPAN)。其中的无线个人域网就是所谓的短距离通讯无线网络，不仅如此各种短距离无线通讯传输技术更是层出不穷 3：蓝牙(Bluetooth)、ZigBee 、WiFi 、无线USB，UWB等。由于ZigBee技术成本低、低功耗、时延短、容量大、可靠度高、安全传输等众多优点，所以它主要应用在短距离内的低速电子设备间的数据传输，因此非常适用在家电和小型电子的无线指令传输等。1.2 国内外研究现状传感器网络系统研究方是当今通讯研究方向前沿性的热点之一，具有很大的科学研究意义和广阔的应用前景，已被公认为21世纪最具研究价值的课题之一。我国对传感器网络系统方面的研究起步较晚，近两年才受到通讯领域的关注。国家重大研究项目中包含在“十五”科技攻关项目中的传感器网络。在民用方面，交通、环境监控、生态保护、工业控制等方面，我们可以用传感器网络及时准确的进行全方面的检测和控制。51.3 课题研究的目的和意义温湿度、光照感应和监测技术在社会生产生活各个方面都有广泛应用，如环境检测、医疗保健、科研等。目前，此项设计的意义在于对无线测温的电池供电产品化、实用化作出有益的尝试。对无线传感器网络节点的体系结构及各个模块的能量消耗情况进行了初步的分析，提出并解决无线传感器网络中心节点构架设计的系统方式，确定中心节点主动的协调方式的架构设计。ZigBee通讯技术作为一种短距离通信技术，根据ZigBee通讯协议所定义的标准，若能够实现协议库的封装及模块化，使得协议在不同的硬件平台间，不同的应用系统间的能够便捷移植，才能给我们解决ZigBee实际应用中的所存在的问题带来更大的自由度和选择性 4。第 2 章 ZigBee 协议及其网络结构2.1 ZigBee 网络结构概述利用ZigBee技术所组建的是一种低传输率的无线个域网（Low Rate Wireless Personal Network，LR-WPAN），网络的基本结构成为“设备（Device）”。网络中的设备按照其功能不同可分为两种：中心节点和子节点。.其中中心节点可以作为个域网的主协调器、协调器，也可以作为终端设备实用。在一个网络里至少需要一个主协调器。而中心子节点功能非常简单，可以用最低端的MCU实现，在网络了只能作为不需发送大量数据的终端设备，只能和特定的中心节点进行通信。2.2 ZigBee 协议ZigBee协议底层是基于IEEE802.15.4无线通讯协议。下图 2-1 是 ZigBee 协议栈的概述图 :图 2- 1 ZigBee 协议栈概述图6当前的IEEE802.15.4标准是在2003年提出的由IEEE所管理。IEEE802.15.4 标准与常见的无线网络中的传输标准802.15不同，它最主要的优点是速率和功耗都很低。IEEE802.15.4网络协议栈是基于开放系统互连模型(OSI)，各层都实现了一定的通信功能，并向上一层提供信号。2.3 系统架构ZigBee技术是一种新兴的低功耗、低速率、近距离、低成本的无线传感器网络技术，全球统一无需申请的工作频段为2.4GHz，其协议是依据 IEEE 802.15.4 技术的物理层和数据链路层的标准，并对其进行了完善和扩展而制定的。ZigBee技术支持3种拓扑结构: 星型网、树型网和网状网，每种网络都具有各自的优点和不足，可根据实际应用来选择3种拓扑结构。整个远程无线温度测量系统包括温湿度、光照测终端、网络协调器、数据发布与处理服务器以及用户终端 5。温湿度、光照测终端实时采集和发送各监测点的温度、湿度、光照，与网络协调器构成ZigBee无线星型网络，由网络协调器实现数据的协调和接收，并与数据处理与发布服务器进行串口通信，普通用户终端可以通过HTTP协议在互联网的任何位置监控温测终端的温湿度、光照，系统结构如图2-2所示。图2-2系统结构第 3 章 系统硬件电路的实现3.1 ZigBee 系统的总体结构温湿度、光照测终端由温度传感器、湿度传感器、光照传感器、无线通信模块、微处理器模块等构成，用在测点的温湿度、光照进行采样，并通过无线通信网络系统将信号发送到网络协调器中。网络协调器由无线通信和微处理器模块组成，主要用于接收以及控制各节点的温湿度、光照信息，并通过串口通信RS232将其传送至服务器上进行显示和操作。硬件结构如下图3-1和图3-2所示。参照实际环境的需要，还可将显示7或者报警模块安装在终端节点上，以方便安装网络的测试，同时也方便了监测点附近人员进行实地测量环境中的各种所需的数据。图3-1终端节点硬件结构图3-2网络协调器硬件结构3.2 方案实现总框图本研究的核心电路是无线测量温度、湿度、光照，网络中的全功能（中心节点）模块的设计，首先需要设计出来符合ZigBee标准的中心节点电路。该模块电路主要由三个部分组成：射频模块、MCU部分及外围电路和PC机接口电路，如图3-3所示。S Z 0 5 - Z B E E 嵌 入式 无 线 通 信 模 块M C U ( S T C 1 2 A 3 2 S 2 )上位机 P CRS-485L E D 指示电路D S 3 2 3 1 时钟电路L C D 显示电路ISP图 3-3 中心节点硬件设计总框图外围电路包括：指示电路、程序调试端口、显示电路等。其中程序调试端口是利用ISP接口来调试和下载程序；指示电路使用发光LED 灯的状态来表示；显示电路选用I2C式液晶显示电路。与PC 机接口电路采用RS232通信方式，通过RS-232串口提供调试过程中的信息并与PC 机互交ZigBee组网过程中的信息；同时，在设计 ZigBee的中心节点模块时预留了8一些端口供灵活使用。3.3 SZ05-ZBEE 嵌入式无线通信模块顺舟科技的SZ05嵌入式无线通信模块，集成了符合ZigBee协议标准的射频收发器和微处理器，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一对多、多对多间的设备之间的数据传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络拓扑结构 6。 SZ05系列无线通信模块分为中心协调器、路由器和终端节点。下表3-1是SZ05-ZBEE的技术指标。表 3- 1 SZ05-ZBEE 的技术指标类 别 指标名称 SZ05 系列无线模块传输距离 100 米2000网络拓扑 树型、星型、链型、网状网寻址方式 IEEE802.15.4/ZIGBEE无线网络标准地址 ID 255最大数据包 256 字节TTL 电平收发、标准 RS232 串口串口信号 TxD, RxD, GND数据接口 串口速率 1200 38400 bps串口校验 None, Even, Odd数据位 7, 8数据接口校验位 1调制方式 DSSS 直序扩频频率范围 2.405GHz 2.480GHz无线信道 16接收灵敏度 -94 dbm发射功率 -27dBm25dBm天线连接 外置 SMA 天线或 PCB 天线收发器防止冲突 CSMA-CA 和 GTS 的 CSMA-CA输入电压 DC 5V最大发射电流 70 mA最大接收电流 55 mA待机电流 10 mA节电模式 110 uA功 耗睡眠模式 30 uASZ05-ZBEE无线通信模块标准接口，含有电源接口、控制接口、数据接口和系统指示灯接口和天线接口等等，接口采用标准2.54双排插针，与系统接口可采用插座或者接线座模式引出到用户系统，如图3-4所示。9图 3- 1 SZ05 系列嵌入式模块典型连接图SZ05系列无线嵌入式无线数据通信模块，系统采用了标准Z-BEE无线技术，符合工业标准应用的无线数据通信模块，它的特点是安装的尺寸小、通讯的距离远、抗干的扰能力强、组网灵活等；可以实现透明传输多设备间的数据；可组MESH型的网状网络结构，安装嵌入式模式，能使您的产品迅速集成最新的ZigBee无线技术。如图3- 5为SZ05系列嵌入式模块实物图图 3- 2 SZ05 系列嵌入式模块实物图103.4 PC 机接口电路本设计采用 RS-485 串行通信与 PC 机相连接，通过串口将采集到的数据发送给计算机，然后计算机根据相应的设置进行操作，其接口电路如图 3-6 所示。RO1RE2DE3DI4 GND 5A 6B 7VCC 8U3 75LBC184R11100KR10 2KTXDRXDT1S9012R12120ABP351243SW2SW DIP-23.3_CPU3.3_CPU图 3- 6 RS-485 通信接口电路3.5 温湿度数字传感器带 DHT11 数字温湿度、光照传感器是一种含有已经校准好的信号输出的温湿度、光照复合传感器。它可以应用于数字模块的采集和温湿度、光照传感器，确保每个产品都具有很高的可靠性与长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件、一个 NTC 测温元件和一个光敏传感器，并与一个高性能的 8 位单片机连接 7。因此此产品优点的有品质卓越、响应极快、抗干扰能力强、性价比极高等。接口电路如下图： H图 3-7 温度传感器接口电路图3.6 光照传感器其中BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化 8。接口电路如下图：11VCC1ADDR2GND3SCK 4DIV 5SDA 6BH1750FVIC1VCC P20P21P22图 3-2 光照传感器接口电路图第 4 章 系统软件的实现4.1 总流程图本设计的软件实现是通过 IAR 编译软件来实现的。中心节点模块主要起到协调作用，实现对下位机节点的巡检和对上位机的通信，如下图 4-1 所示为软件的总流程图系统初始化程序开始W D 等待否是否有中断产生执行中断子程序退出中断是图 4- 1 程序总流程图从流程图上可以看出，在主程序中一直在等待，所有的功能均是通过中断来实现的，本次采用了一个外部中断和两个串行中断。两个串行中断分别实现对上位机的串行通信和对下位机 ZigBee 节点进行通信，该处理程序十分重要，它的处理来实现下位的低功耗 9。124.2 子程序模块分析该系统的子程序主要包括:初始化子程序段、外部中断子程序、串行中断 1 和串行中断 2，在以下各节中将对其分别进行分析。4.2.1 初始化子程序段#include 定义为嵌入系统初始化程序段。其中包括设置堆栈，将LCD 显示位的存储区间 NUM1_RAMNUM8_RAM 赋值为 0,设置程序状态字 P4SW，将各寄存器清零，设置 DS3231 初始化程序，设置 ZigBee 接收和发送模式，设置串行口 1 和串行口 2 工作方式，设置串行通信波特率，开中断，设置中断控制寄存器，置位 RS485 使其处于发送状态等。4.2.2 外部中断子程序外部中断由 DS3231 产生，每当 DS3231 产生精确的 1 秒时都会触发外部中断 0 产生中断。在中断处理程序中，读取 DS3231 秒的值，并调用显示子程序，然后向子节点子节点模块发送 55H 进行查询 10。如下图 4-2 所示为外部中断流程图。E X 0 I N T读取 D S 3 2 3 1 秒存储器的值调用 L C D 显示子程序向 R F D 发送 5 5 H 查询和时分秒校验和R E T I图 4- 2 外部中断流程图4.2.3 串行中断 1 子程序图 4-3 所示为外部中断流程图，串行中断 1 负责与上位机的通信，其采用 RS485通信方式，将节点采集过来的数据通过中心节点（中心节点）上传给上位机。由于中心节点的存储空间有限，所以要及时将数据发送给电脑，在电脑中对数据进行分析、13存储 11。U A R T 1读取 S B U F 存储器的值将存储区的数据通过R S 4 8 5 发送给上位机R E T IS B U F = 0 F E H ?是发送校验成功 ？是否否u a r t _ s u c c _ f l a g = 0 ?是否图 4- 3 串行中断 1 流程图4.2.4 串行中断 2 子程序串行中断 2 主要负责对下位机的巡检，并与其通信，将节点对环境温度测试的数据采集过来，并且将接收到的数据存储在相应的存储空间，通过 LCD 显示接收的信息。14U A R T 2读取 S 2 B U F 存储器的值调用 L C D 显示子程序数据存储R E T IS 2 B U F = 5 5 ?接收数据是接收成功 ？是否否图 4- 4 串行中断 2 流程图4.3 系统软件对功耗的影响ZigBee 技术的优势在于其低成本和低功耗的特性，而本设计的思想也是在其低功耗的基础之上进行的研究。在整个系统中，通过中心节点和终端节点的相互配合，并提高软件的实现效率，以提高中心节点的巡检速率，进而实现对终端节点模块子节点的节能研究 12。无线收发装置可以在不同的模式下工作,一般具有以下 4 种工作方式:发送、接收、空闲和休眠。对于小功率发射,发射模式和接收模式的消耗功率基本上是一致的,甚至接15收比发射需要更多的功率,这主要取决于收发器的体系结构。空闲模式的消耗功率可以比接收模式的消耗少,或与接收功率相同。为了减少无线传感器网络的平均功率消耗,使得收发模块长期处于空闲模式将会消耗大量的能量。因此,需要将收发器置于休眠状态,而不只是空闲状态,只在必要时才需要激活，使其工作在一个低占空比下。但这样的处理方式会增加复杂性,因此必须考虑额外消耗的功率和时间 13。实验表明：经测试改进前的平均工作电流约为 80 mA，改进后在扫描周期为 60 秒的情况下的平均工作电流为 0.5246mA。其中在一个扫描周期内其工作状态如表 4-1 所示。表 4- 1 子节点各种工作状态下的功率消耗工作状态 工作电流 工作时间单片机掉电、ZIGBEE 掉电（RES 、SLEEP、P0-P4 全高、无LCD)0.131mA 59.714s单片机正常、ZIGBEE 掉电 6.80mA 0.019s单片机休眠、ZIGBEE 等待接收状态 68.50mA 0.150s单片机正常、ZIGBEE 正常处在接收状态 300mA 0.003s单片机正常、ZIGBEE 正常处在发送状态 800mA 0.006s单片机正常、ZIGBEE 等待 75mA 0.1s单片机正常、ZIGBEE 掉电 6.29mA 0.008s因此，一个优化的程序对节点的功耗影响是十分关键的，基于 TKS 的软件编写就是最大化的对程序进行了优化。本设计中心节点模块通过 DS3231 产生精确地同步时钟，并且每经过一个小时进行与下位机节点的一次校正，保证时钟同步；每经一秒巡检一个节点，此时其它节点处于掉电状态，相对于下位机子节点节点则每经一秒循环唤醒，其余时间处于掉电状态，这样就极大地降低了功率的消耗，对 ZigBee 的低功耗研究具有很大的意义 14。第 5 章 系统性能测试为分析 ZigBee 无线通信模块的性能是否满足系统需求，针对 ZigBee 的通信距离、数据传输速率和数据传输延时几个性能指标进行了测试。5.1 通信距离测试测试方法：从主节点连续单向发送时间信号给从节点，发送次数为 100 次，检测从节点接收信号成功率。测试结果分见表 5-1、表 5-2、表 5-3。测试环境 1：室外环境，无阻隔。表 5- 1 通信距离测试结果 1距离 发射功率 接收成功率40 25dB 100%50 25dB 100%1660 25dB 100%70 25dB 99%80 25dB 98%90 25dB 95%100 25dB 91%测试坏境 2：室内环境，楼层阻隔（某实验楼内）。表 5- 2 通信距离测试结果 2距离 发射功率 接收成功率40 25dB 100%50 25dB 98%60 25dB 90%70 25dB 78%80 25dB 60%90 25dB 42%100 25dB 20%测试环境 3：室内环境，金属阻隔物（金属阻隔物未完全封闭节点天线）。表 5- 3 通信距离测试结果 3距离 发射功率 接收成功率40 25dB 90%50 25dB 75%60 25dB 54%70 25dB 21%80 25dB 8%90 25dB 0%100 25dB 0%结果分析：射频芯片的发射功率为 25dBm，主从节点的通信距离在 40范围之内时，接收效果良好 15。当距离在 40100以内，无障碍传输效果仍然比较乐观，但时，在室内环境下接受成功率比较差，特别是有金属阻隔时，超过 70基本就接收不到了。如果增加发送功率，或者在节点间增加中继器，则传输距离将大大增加。测试结果说明，ZigBee 无线传输方式的通信距离满足测温系统组网的要求。5.2 数据传输速率测试测试环境：室内环境，楼层阻隔，主节点和从节点距离约为 50 米，发射功率为25dB，不统计误码率，无重传。测试步骤：（1）从节点连续单向发送设定个数的报文至主节点。在报文发送开始和发送完毕时通过串口输出提示信息至计算机屏幕，利用串口调试自带的时钟进行计时，未重传。按照此方法连续测量三次，计算其平均速率。（2）改变发送报文的设定个数，重复步骤（1）两次。测量结果：如表 5-4 所示。17表 5- 4 数据传输速率测试结果报文数目 报文长度（Byte） 起始时间 结束时间 传输速率（kbps）200000 60 10:20:35 11:24:02 25.1100000 60 11:30:25 11:50:46 24.570000 60 12:00:50 12:23:31 25.2结果分析：CC2530 数据传输的速率值为 250kbps，指的是爆发传输速率，在其传输过程中，允许单片机以较低的速率对射频芯片进行数据的装载。在实际应用过程中，限制通信速率平均值的主要因素是系统其它操作占用单片机的 CPU 资源，从而使单片机和射频芯片 CC2530 之间的平均数据装载速率大幅度降低。从以上的实验结果可知，实际测量数据传输速率约为 25kbps。第 6 章 结论与展望6.1 结论本文在对无线传感器及其网络协议技术分析的基础上，完成本次设计的内容：无线测温网络中的中心节点模块，它符合 ZigBee 组网技术，担任网络协调者，形成网络，让其它的中心节点或子节点连结，具备控制器的功能，可提供信息双向传输。对组网的方式，控制效率进行研究，并且提出一套实用的方案。完成模块的硬软件设计，完成系统硬件体系结构图和系统软件设计。文章对该 ZigBee 全功能模块（中心节点）的设计以及软件的实现进行了详细的介绍。主要包括以下两个方面:一是设计和实现了适用于 ZigBee 的 2.4Ghz 的无线中心节点模块；二是实现基于 ZigBee 协议栈实现无线组网，并对其控制效率进行研究。本文中使用了 STC12A32S2 微控制芯片和 CC2530 无线芯片搭建了一个基于ZigBee 技术的无线传感器网络的中心节点。该协调器负责向终端节点查询温度信息，并将所测温度通过 RS-485 总线上传给上位机，从而实现智能控制。综上所述，本文所取得的成果和创新点主要有：1.对测温网络中的中心节点模块进行了硬件设计。采用 protel99se 绘制原理图，进而实现实际电路的开发，包括微处理器 MCU 与无线收发模块的电路连接，相应外围电路设计，PCB 制作等，最终完成了能够运用到实际的中心节点模块。2.进行了测温软件开发与调试。此部分包括通信网络方案设计，通信协议的编制以及程序调试，能实现对网络各节点间的通讯。6.2 展望今天的世界已经是无线的世界，未来的世界更加是无线的天下，而 ZigBee 技术日趋成熟，市场上对 ZigBee 的应用需求越来越大。目前市场上的 ZigBee 解决方案，大多是基于 8051、AVR、PIC 或是 MSP430 等 8 位或是 16 位单片机，正如本设计所使用18的就是基于 8 位的 STC12A32S2 单片机微处理器测温网络，虽然能够满足本设计的要求，但是仍然存在很多的不足，例如处理效率较低、单线程工作等，且随着系统的复杂性增加，其设计必然满足不了产品的设计要求，故 ZigBee 的解决方案向嵌入式方面发展。而随着科学技术的发展，ARM 处理器越来越成为人们关注，其主要应用于工业控制领域，其低成本、功能强大、扩展灵活，都非常符合 ZigBee 技术的应用特点。针对本设计采用 STC12A32S2 微处理器来实现中心节点模块的功能，虽然满足了设计的要求，但就以后适应市场的发展，还需要做进一步的改进。由于时间的关系，本设计仅仅是做了 ZigBee 网络中负责协调的全功能模块的设计，其中不免有很多不妥之处，其中仍有很多需要改进的地方，比如可以选择性能更高的处理器，在其基础上可以设计出更加智能化的、功能更加强大 ZigBee 产品。如果在设计好中心节点模块的同时，可以将整个网络搭建出来进行组网，进一步对应用层开发，增加人机界面的图形化、动态化的显示，更加生动地展现网络状态及信息收发情况。19参考文献1 吕志安.ZigBee 网络原理与应用开发M.北京航空航天大学出版社，2008,02.2 李文仲 ZigBee 无线网络技术入门与实战M. 北京航空航天大学出版社,2008，07.3 李文忠，段朝玉.ZigBee2006 无线网络与无线定位实战M. 北京航空航天大学出版社,2008，01.4 钟艮林 ZigBee 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