基于ZigBee的无线控制系统软硬件设计.docx

PAGE 1 基于ZigBee的无线网络控制系统软硬件设计 摘要 ZigBee技术因其网络投资少，安全级高，功耗低，组网方便等原因已被广泛用于传感器和自动控制领域。 此次课设从控制系统硬件入手，分别对无线模块、控制模块和电源模块进行了设计，开发出了可用PC操作的无线控制系统。 工作首先从无线控制模块的硬件入手，分别对无线模块、电源模块、传感器模块等进行了硬件设计。无线收发部分基于ZigBee技术并选用了TI的CC2530芯片，综合考虑高频电路的设计原则及低成本原则，采用双层板设计，开发了符合该项目应用的无线模块，具有很强的抗干扰性能。电源模块以电池和USB供电相结合，以转换高效性为原则进行了电源转换电路设计，以单输入，双电压输出的形式分别为无线模块与传感器模块提供稳压电源。在实验室条件下，分别针对温度传感器、继电器进行了信号处理电路的设计。在选型上综合考虑了功耗、成本、检测精度、控制可靠性等各方面因素。 硬件设计完成后，针对不同节点类型进行了协议栈应用程序开发，分别实现了点对点通信、星形传感器网络拓扑及网络拓扑形式；针对不同模块进行了信号采集程序设计。 通过对无线通信模块、电源模块、传感器模块以及相应节点程序的有序结合，完成了包括软硬件在内的整个节点的设计。并以应用实例验证了程序的可靠性以及各传感器节点硬件电路设计的稳定可靠性。另外，也分别对点对点通信及网状网络拓扑形式进行了硬件完成后对ZigBee协议栈进行了开发。 最后用VS2013进行了PC端控制软件的开发，设计出了简单的控制界面，软件通过串口与协调器进行通信，从而控制无线节点进行工作。 关键词：无线网、ZigBee、协调器、终端节点、客户端程序 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 基于ZigBee的无线网络控制系统软硬件设计 1 一、技术现状及课设主要工作 3 1.1技术现状 3 1.2课设主要工作 3 二、方案研究及其关键技术 3 2.1各种相关方案的比较 3 2.1.1蓝牙技术 3 2.1.2无线保真技术 4 2.1.3超宽带技术 4 2.1.4ZigBee技术 5 2.2方案的选定及其关键技术 7 2.3课设中涉及的关键技术 7 三、ZigBee各节点的硬件平台设计 8 3.1无线通信芯片参数 8 3.2 系统设计及其框图 12 3.3各节点硬件平台设计 12 3.3.1电源模块设计 13 3.3.2继电器模块设计 14 3.3.3CC2530模块设计 14 四、ZigBee各节点软件开发 16 4.1开环境简介 16 4.2 ZigBee2007协议简介 17 4.3控制节点程序的开发 19 4.3.1网络拓扑结构 19 4.3.2网络拓扑及其系统开发 19 五、上位机软件的开发 21 5.1开发工具简介 21 5.2控制软件简介 21 六、系统的测试 24 总结 27 参考文献 28 附录 29 致谢 30 一、技术现状及课设主要工作 1.1技术现状 现有控制系统大多采用有线网络系统，有线网络系统不仅施工困难、成本高、而且灵活性差、浪费现象严重。近年来，随着ZigBee技术的发展和广泛应用，于是提出了将ZigBee技术用于控制系统。这种方法不仅灵活，而且无需考虑布线问题，维护简单，并且通过各种传感器和控制器的结合，可实现远距离开关的闭合，以达到控制的目的，极大的降低了系统的成本。 1.2课设主要工作 1、无线传感器网络节点硬件设计，包括：无线收发模块、电源模块和传感器模块的PCB电路设计和元器件选型，前期设计调度中通信模块与调度底板的硬件开发等。 2、无线传感器网络通信程序设计，包括：点对点通信、星型网络拓扑以及Mesh网络拓扑的程序程序设计，基于星型拓扑的应用程序开发，上位机控制界面开发等。 3、针对不同模块的控制程序的开发。 二、方案研究及其关键技术 2.1各种相关方案的比较 随着科学技术的发展，通信技术也随之迅猛发展，适用于各种不同场合的无线通信技术也呈现多样化，各种长距离个人移动通信技术和短距离无线网络技术使人们能更好的满足信息的需求。其中短距离无线网络可使我们实现控制。 2.1.1蓝牙技术 Bluetooth(蓝牙)诞生于1994年，由爱立信创制。1999年5月20日，爱立信(Ericsson)、IBM、英特尔(Intel)、诺基亚(NOKIA)及东芝(Toshiba)等业界龙头创立蓝牙特别兴趣组(SIG,Special Interest Group)，制订蓝牙技术标准，近年来广受业界关注。 蓝牙用于在不同的设备之间进行无线