基于ZigBee的数据采集系统.pdf

第22卷第3期宁波大学学报(理工版)、，01．22NO．3
2009年9月JOURNALOFNINGBOUNIVERSITY(NSEE)Sept．2009

文章编号：1001—5132(2009)03．0313．04

基于ZigBee的数据采集系统

张瑛瑛，朱双东，丁鑫矗

(宁波大学信息科学与工程学院，浙江宁波315211)

摘要：鉴于ZigBee技术适合用于数据采集系统的的特点，提出了基于ZigBee的数据采集系统的
设计方案，着重探讨ZigBee节点的硬件设计及其组网设计．并详细讨论了基于CC2430芯片的数
据采集节点的硬件设计方案，组网设计中的协调器建立网络、节点加入及脱离网络的设计方法，
以及数据采集系统的软件设计方法．最后通过搭建温度采集ZigBee网络的实验，证明新方案能
取得良好的通信效果．
关键词：ZigBee；数据采集；无线传感器网络；单片机
中图分类号：TP393文献标识码：A

ZigBee是一种近距离、低功耗、低速率、低商以及服务供应商等在内的一条完整的产业链．
成本的无线传感器网络，已经在许多领域得到了在其他无线通信技术不断追求高速率、远距离的同
越来越多的应用，如温度、湿度、气体浓度、亮度、时，ZigBee却向着低速率、近距离的方向迈进，其
压力等各种各样小数据量信息的采集，及传输可目的就是为了大幅降低无线终端的成本和功耗．
以采用这种低功耗、低传输速率的无线传感器网络．
在这些应用场合中，ZigBee网络与现有的各种无线1硬件设计
网络相比，有着独特的优势，即低功耗、低速率、
低成本．由于ZigBee设备工作时问较短，收发信数据采集节点主要由传感模块、数据处理存储
息功耗较低且采用休眠模式，使得它非常省电，电模块、无线通信模块等几部分组成⋯．
池可使用长达6个月至2年左右．ZigBee工作在目前生产ZigBee芯片的厂商主要有美国的
250kbps的通信速率，足已满足低速率通信传输的Chipcon、Freescale、英国的Jennic等公司．笔者选
需要，且2．4GHz的工作频段是免费频段．用的是Chipcon公司的CC2430芯片，与Chipcon
ZigBee联盟成立于2001年，在其创始之初，加公司早期的CC2420芯片、Freescale的MC13213
入该联盟的有英国Invensys、日本三菱电气、美国芯片及Jennic的JN512l芯片等其他同类产品相比，
摩托罗拉以及荷兰飞利浦等30多家企业．如今，它具备了集成度高、功耗低、功能强等优点，同时
已有越来越多的国内外企业致力于ZigBee的研究也具有与ZigBee／802．15．4全兼容的硬件层、物理
与开发，包含芯片制造商、软件开发者、终端制造层，并在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内

收稿日期：2008—07-03．宁波大学学报(理工版)网址：http：／／3xb．nbu．edu．cn
基金项目：浙江省科技计划项目(2007C21179)．
第一作者：张瑛瑛(1984一)，女，福建宁德人，在读硕士研究生，主要研究方向：ZigBee无线传感器网络．E-mail：[e-mail]
通讯作者：朱双东(1950一)，男，山东沂源人，教授，主要研究方向：智能信息处理．E-mail：[e-mail]
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存和微控制器及CC2420射频收发器；2节5号电池备就将自己作为协调器来建立网络．而对话在协
可以使用半年到2年时问，特别适合要求电池寿命议栈的层与层之间通过服务原语来进行，原语对
长的应用；21个可编程的I／O口可连接多个传感器；话过程如图2所示．
内带8路A／D转换器，转换位数8位至14位可选，
可以将传感器送来的模拟信号转换为数字信号；
包含增强型805l内核，其每个时钟周期为1个机
器周期，并具有除去被浪费掉的总线状态的方式，
使得它比标准805l内核具有更快的执行时问，且
还增加了1个数据指针和扩展l8个中断源．
数据采集节点硬件设计如图l所示．该芯片外
接32MHz的晶振和多路电源，根据实际应用需要
连接相应的传感器进行数据采集、A／D转换、数据
处理，并将得到的数据经阻抗匹配网络进行处理，
最终通过天线发送出去．无线收发电路如需得到
图2协调器建立新网络的流程图
好的射频性能，供电电源必须经过良好的滤波，并
协调器应用层生成的NIME．NETwORK—FOR—
且与数字电路分开；在射频信号输出部分通过阻
MATION．request原语发送给网络层请求建立网络，
抗匹配网络，实现阻抗匹配，使到达天线的信号最
网络层再通过MLME．SCAN．request原语向MAC
强；还需要防止高频信号泄漏，避免对发射信号造
层请求检测信道