基于ZigBee的温度监测系统设计论文.doc

基于ZigBee的温度监测系统设计毕业论文 目 录 1.绪 论 1 1.1课题的研究背景及意义 1 1.2国内外研究概况 1 1.3论文的主要内容及结构安排 2 2.ZigBee协议简介 3 2.1 ZigBee协议体系结构 3 2.1.1物理层（PHY） 4 2.1.2媒体介质访问层（MAC） 4 2.1.3网络层（NWK） 5 2.1.4应用层（APL） 5 2.2 ZigBee基本概念 6 2.2.1设备类型 6 2.2.2网络拓扑结构 7 2.2.3信标与非信标模式 8 2.2.4 ZigBee术语 8 2.2.5绑定 9 2.2.6 ZigBee原语 9 3.基于CC2530的温度监测系统 10 3.1系统设计思路及整体结构 10 3.2系统硬件设计 10 3.2.1 ZigBee开发套件 10 3.2.2 CC2530概述 12 3.2.3 DS18B20概述 15 3.3系统软件设计 15 3.3.1软件开发环境IAR简介 15 3.3.2 Z-Stack体系架构及工作流程 15 3.3.3网络通信过程 19 3.3.4温度测量与数据传输 21 3.3.5节点休眠 23 3.3.6上位机软件设计 24 4.系统测试 27 4.1系统测试步骤 27 4.2系统测试结果 27 4.3系统测试结果分析 28 5.总结与展望 29 5.1工作总结 29 5.2前景展望 29 参考文献 31 翻译部分 32 中文译文 32 原文 37 致 谢 42  1.绪 论 1.1课题的研究背景及意义 煤炭自燃产生的有害气体不仅严重危害井下人员的健康,而且容易诱发瓦斯、煤尘爆炸事故，并造成严重的资源浪费，因此研制煤矿采空区火源点感知网络系统是煤矿安全生产的迫切需要，对于制定采空区防灭火措施,实现煤矿安全高效生产和可持续发展具有重大的现实意义。 基于CC2530的温度监测系统不仅能有效满足煤矿采空区火源点感知的需求，而且还因为其具有低成本、低功耗等特点，受到人们的广泛青睐。由于简化协议，对于控制器的要求已经很低，以8051的8位控制器测算，每块芯片仅需要2美元，而且ZigBee协议免专利费，免执照频段，进一步降低了产品成本。CC2530在众多无线通讯芯片中最为突出的优势是低功耗，在休眠模式下，2节5号电池就可以维持1 至2年。 因此，研究基于CC2530的温度监测系统是非常有意义的。 1.2国内外研究概况 煤矿采空区自然发现火源位置的探测在技术实现上的难度较大。国内外在这一领域内进行了大量的研究工作。现有技术主要有：电磁探测法、气体探测法和温度探测法。它们各具特点，适应不同的开采条件，也存在着各自的不足之处。 气体探测法。主要包括采空区气体成分分析法和测氡法。束管是当前我国煤矿火灾监测的主要手段，它利用在采空区不同位置布置多条空气采集管，定时抽取特定区域的气体样本，对该区域某点的O2、N2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C2H2等自然火灾标志气体含量循环监测，判断煤面的氧化情况，预测预报发火点的温度变化，为煤矿自然火灾的防治工作提供科学依据。具统计我国目前获得安标的都是该类产品。国内外，还开展了测氡法探测火源位置的研究。其基本原理是放射性元素存在衰变现象，在衰变过程中产生氡气，而在实际的地层测量中。人们找到了温度与氡气浓度之间的关系，依据这种关系可以从氡气浓度的变化反过来推算出火源的温度。 电磁法。包括磁性探测法和电阻率探测法。磁性探测法，利用煤层上覆岩中常含有大量菱铁矿及黄铁矿结核，发生自燃时，上覆岩受高温烘烤，铁质成分发生变化而形成磁性物质，且磁性随自燃温度的升高而增强的原理，实现对采空区发火点的检测。电阻率法，地下煤层沿走向或其它方向电阻率基本保持不变，自燃后引起煤层和周围岩石电阻率变化；自燃初期电阻率下降，后期表现较高电阻率，比较未自燃区和自燃区的变化来判断自燃位置。 温度探测法。主要有二类系统，基于无线的采空区温度监测系统、基于分布式光纤传感器的采空区温度监测系统。无线传感器网络温度监测技术是近年来逐步发展起来的监测煤自然发火的检测方法。河南理工大学、西安科技大学、黑龙江科技学院、太原电子研究设计院等相继对采空区温度场无线自组网传感器监测系统进行了理论研究和开发。他们的研究表明，煤自燃温度场无线网络监测法能及时预测温度场的微弱变化 ,比 CO的预报更早 ,对于煤炭自然发火早期预警预报有十分重要的意义 ，已经被业界认可。但是，这方面至今还没有产品推出。山东省科学院，提出了利用光纤拉曼散射效应（Raman scattering）和光时域反射测量技术（Optical Time-Domain Reflectometry，简称OTDR）来获取空间温度分布信息。其中光纤拉曼散射效应（Raman scatt